微機(jī)在發(fā)電機(jī)保護(hù)中的運(yùn)用

中國船舶重工集團(tuán)公司第七一O研究所 李朝暉 李勇

1.前言

發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)最重要的設(shè)備之一，針對(duì)發(fā)電機(jī)可能發(fā)生的各種不同故障和不正常運(yùn)行狀態(tài)配置完善的繼電保護(hù)裝置，不僅可保證發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行，從而保證電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和電能質(zhì)量，還可減少發(fā)電機(jī)在各種短路和異常運(yùn)行時(shí)造成的損壞，在經(jīng)濟(jì)效益上也有顯著的效果。

發(fā)電機(jī)保護(hù)的發(fā)展大概經(jīng)歷了電流型、整流型、集成電路式、微機(jī)保護(hù)等4個(gè)階段?；諜C(jī)保護(hù)在電力系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，但作為發(fā)電機(jī)保護(hù)來說，由于制造工藝、機(jī)組容量上的個(gè)體差異及運(yùn)行環(huán)境和保護(hù)配置的復(fù)雜性，使其在推廣應(yīng)用中落后于線路微機(jī)保護(hù)的發(fā)展。

微機(jī)發(fā)電機(jī)保護(hù)具有極強(qiáng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力和邏輯處理能力，應(yīng)用了許多先進(jìn)的保護(hù)原理和算法，大大提高了保護(hù)性能。保護(hù)功能軟件化，減少硬件配置，硬件構(gòu)成更加簡單，但保護(hù)功能更完善。微機(jī)保護(hù)具備完善的自檢手段，能及時(shí)正確地做出故障判斷，及時(shí)準(zhǔn)確查找裝置故障，減輕人員的工作量。整體的調(diào)試工作簡單，保護(hù)定值可靈活修改。微機(jī)保護(hù)采用的是數(shù)字式電路，消除了模擬電位器調(diào)整帶來的誤差，消除了幅值變化帶來的非線性失真，提高了保護(hù)的抗干擾能力。

2 保護(hù)原理

2.1 差動(dòng)保護(hù)

2.1.1 差流速斷保護(hù)

差流速斷保護(hù)主要是為了在發(fā)電機(jī)差動(dòng)區(qū)內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)快速切除變壓器，以確保發(fā)電機(jī)的安全。為了保證裝置的正確動(dòng)作，速斷電流的定值必須按以下原則選取：

必須躲過發(fā)電機(jī)差動(dòng)區(qū)外端部故障時(shí)穿越電流造成的電流不平衡。

差流速斷保護(hù)動(dòng)作判據(jù)如下：

Id>=Idfast

式中：Id為發(fā)電機(jī)差電流值，Idfast為差動(dòng)電流速斷定值。

2.1.2 差動(dòng)保護(hù)

差動(dòng)保護(hù)包括以下部分：二段式比率制動(dòng)特性判據(jù)， CT斷線閉鎖判據(jù)。

a) 二段式比率制動(dòng)特性判據(jù)

發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)裝置，引入量為發(fā)電機(jī)兩側(cè)的六個(gè)電流，取各側(cè)電流流入發(fā)電機(jī)為正(假設(shè)電流已折算至同一側(cè))設(shè)發(fā)電機(jī)機(jī)端電流為It,中性點(diǎn)電流為In,那么：

圖1 二段式比率制動(dòng)特性關(guān)系圖

如圖1所示，二段式比率制動(dòng)特性差動(dòng)保護(hù)其動(dòng)作表達(dá)式為：

其中：Idmin為差流最小動(dòng)作門坎值;

Ir1為比例制動(dòng)特性拐點(diǎn)處的制動(dòng)電流值；

Id為差動(dòng)電流；

Ir為制動(dòng)電流；

Kd1＝tga為比例制動(dòng)特性第二段折線的斜率。

在選擇制動(dòng)特性時(shí)，必須考慮外部穿越電流引起的差流不平衡不能造成保護(hù)誤動(dòng)作。

b) CT斷線閉鎖保護(hù)

如果不采用有效措施，當(dāng)CT斷線時(shí)，差動(dòng)保護(hù)可能會(huì)誤動(dòng)作。

設(shè)A相為故障相，B、C相為非故障相，CT斷線判據(jù)如下：

式中：Ita、Ina為故障相高低壓側(cè)電流；Itb、Inb、Itc、Inc為非故障相兩側(cè)電流；D1為一確定值（不需用戶整定），D2為一較小定值（需用戶整定，一般取為空載額定電流，約5%In）。

2.2 后備保護(hù)

2.2.1 復(fù)合電壓啟動(dòng)過流保護(hù)

a) 原理

保護(hù)反應(yīng)發(fā)電機(jī)電壓、負(fù)序電壓及電流大小。電流電壓取自發(fā)電機(jī)同一側(cè)的CT和PT。

b) 動(dòng)作方程

式中：U2為負(fù)序電壓值

U2qd為負(fù)序電壓啟動(dòng)值

Ul為線電壓值

Ulqd為線電壓低電壓啟動(dòng)值

I為輸入電流

Iset為過電流定值

Tset為過電流時(shí)延定值。

2.2.2 過負(fù)荷保護(hù)

a) 原理

該保護(hù)功能正常運(yùn)行時(shí)投入，反應(yīng)發(fā)電機(jī)負(fù)荷情況。它主要起告警作用，提醒運(yùn)行人員及時(shí)調(diào)整發(fā)電機(jī)的運(yùn)行方式，避免因過負(fù)荷造成發(fā)電機(jī)的危害。動(dòng)作時(shí)僅發(fā)信號(hào)。

b) 動(dòng)作方程

式中：I為輸入電流

Iover為過負(fù)荷電流定值

Tover為過負(fù)荷時(shí)延定值 。

2.2.3 發(fā)電機(jī)過電壓保護(hù)

a) 原理

保護(hù)反應(yīng)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，以免出現(xiàn)過電壓時(shí)損壞發(fā)電機(jī)定子繞組，電壓取自機(jī)端電壓，保護(hù)動(dòng)作于跳閘。

b) 動(dòng)作方程

式中：UL為輸入線電壓

Uover為線電壓過電壓定值

Tover為過電壓時(shí)延定值.

3 微機(jī)保護(hù)變壓器的方案

本方案是由一塊的DX586主板，一塊DM5408多功能輸入、輸出板，一塊電源板，一塊開關(guān)量輸入板，一塊電壓、電流采集開關(guān)量輸出板構(gòu)成，圖2為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

各交流電流、電壓量分別經(jīng)交流模件，轉(zhuǎn)換成CPU系統(tǒng)所能接受的電壓信號(hào)，再經(jīng)模擬濾波模件預(yù)處理后，送到模/數(shù)轉(zhuǎn)換模件一一進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，CPU模件中CPU按電子盤中既定的軟件程序進(jìn)行數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)計(jì)算、保護(hù)判據(jù)判別、向I/O模件送出判別結(jié)果。經(jīng)硬件邏輯組合，由信號(hào)繼電器發(fā)出信號(hào)、出口繼電器接點(diǎn)執(zhí)行跳閘。斷路器位置、保護(hù)投退連接片等作為開關(guān)量經(jīng)開關(guān)量輸入模件或先經(jīng)中間繼電器隔離后再經(jīng)開關(guān)量輸入模件進(jìn)入CPU系統(tǒng)。并行口、鍵盤接口、硬盤接口、軟盤接口供調(diào)試時(shí)使用，串口1、串口2由于同上位機(jī)通訊，完成遠(yuǎn)方控制及保護(hù)整定。電源模件則提供本硬件系統(tǒng)三組工作電源。

圖2 結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 主程序框圖

4. 軟件功能要求

4.1 主程序框圖，如圖3所示。

4.2 二次諧波制動(dòng)比率差動(dòng)保護(hù)子程序，如圖4所示。

4.3 后備保護(hù)子程序框圖，如圖5所示。

5.結(jié)束語

本方案利用微機(jī)極強(qiáng)的數(shù)字運(yùn)算及邏輯處理能力，吸收大量現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)用了的保護(hù)原理及算法，采用一些自適用手段，大大提高了各保護(hù)性能，整機(jī)性能指標(biāo)好。由于采用PC/104工業(yè)控制機(jī)系統(tǒng)，抗干擾能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定可靠，操作安全，因此具有兼容性好、可靠性高、擴(kuò)展性強(qiáng)、易于維護(hù)等特點(diǎn)，經(jīng)實(shí)際運(yùn)用完全滿足客戶要求。該方案適用于200MW以下發(fā)電機(jī)(汽輪、水輪發(fā)電機(jī))的保護(hù)，既可單獨(dú)使用，也可聯(lián)網(wǎng)使用，便于發(fā)電廠（站）、變電站集中自動(dòng)化管理。

圖4 二次諧波制動(dòng)比率差動(dòng)保護(hù)子程序框圖

[1]尹其云.對(duì)當(dāng)前繼電保護(hù)運(yùn)行方面幾個(gè)問題的分析.電力系統(tǒng)自動(dòng)化，1999，23( 3): 1—3。

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圖5 后備保護(hù)子程序框圖