電力發(fā)電機(jī)組負(fù)序電流產(chǎn)生及過熱保護(hù)實(shí)現(xiàn)研究

周建生

摘要：文章分析了電力發(fā)電機(jī)組負(fù)序電流產(chǎn)生的原因，針對負(fù)序電流的危害，提出過熱保護(hù)的措施和方法，經(jīng)過對135MW發(fā)電機(jī)組端口負(fù)序電流測定，能夠精確地對保護(hù)值進(jìn)行整定，提高發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全性。

關(guān)鍵詞：電力發(fā)電機(jī)組；負(fù)序電流；過熱保護(hù)；電網(wǎng)系統(tǒng)；整定保護(hù) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM772 文章編號：1009-2374（2015）14-0149-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.14.074

當(dāng)電力電網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)生不對稱短路、三相負(fù)荷不對稱、某相出現(xiàn)斷線等故障時，發(fā)電機(jī)定子繞組會在非對稱大電壓沖擊下，產(chǎn)生很大的負(fù)序電流，造成電機(jī)性能迅速惡化，效率低下、輸出轉(zhuǎn)矩降低，甚至出現(xiàn)電機(jī)過熱燒傷或損壞的嚴(yán)重故障，因此分析發(fā)電機(jī)負(fù)序電流的產(chǎn)生和影響，合理對負(fù)序電流進(jìn)行整定保護(hù)非常重要。

1 電力發(fā)電機(jī)組負(fù)序電流產(chǎn)生的原因

三相不平衡產(chǎn)生的負(fù)序電流。在電力供配電及傳輸電系統(tǒng)中，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)計(jì)合理性存在問題；或者在負(fù)載側(cè)，某一相負(fù)荷容量較大，造成三相負(fù)載嚴(yán)重不平衡，就有可能造成發(fā)電機(jī)組運(yùn)行不平衡，處于非對稱運(yùn)行狀態(tài)這種情況，就有可能產(chǎn)生負(fù)序電流。電動機(jī)回路的負(fù)序電流為：

（1）

式中：

——電機(jī)啟動電流

——電機(jī)啟動電壓

——電機(jī)額定電壓

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用，一般取值為，啟動電流為額定電流的5～8倍，電機(jī)啟動電壓允許最大為0.05倍額定電壓，代入上式得：

（2）

由式（2）可知，因三相不平衡產(chǎn)生0.05倍電壓差值時，產(chǎn)生的負(fù)序電流值為0.4倍額定電流的大電流。

因系統(tǒng)內(nèi)或發(fā)電機(jī)本身產(chǎn)生不對稱性短路故障也可能產(chǎn)生負(fù)序電流；設(shè)在電動機(jī)高壓母線上發(fā)生A、B兩相短路。忽略系統(tǒng)阻抗的影響，其短路點(diǎn)邊界條件為：故障相電流IA-IB；故障相電壓UA=UB；非故障相電流IC=0，負(fù)荷電流忽略不計(jì)。

設(shè)C相電壓UC=E，則由對稱分量法可求得各相全電壓為：

（3）

則C相UA、UB、UC相序電壓分量：

（4）

式（4）中，U1是正序電壓，U2是負(fù)序電壓，U0是零序電壓，a是復(fù)量算子。

根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范，a滿足：

（5）

由實(shí)際計(jì)算得，負(fù)序電壓U2=0.5E，UA=E=UN，Z-=ZAB，則回路產(chǎn)生負(fù)序電流：

（6）

發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)時，或者輸電線路存在單獨(dú)相線重合閘機(jī)構(gòu)裝置，系統(tǒng)的出口斷路器在合閘（斷開）瞬間，有可能造成三相不同步現(xiàn)象，從而形成非全相合（開）故障運(yùn)行狀態(tài)，這樣電機(jī)定子出現(xiàn)某一相斷線，故障瞬時負(fù)序電流是：

（7）

式中：

Z+、Z-——負(fù)載正、負(fù)相序的阻抗

2 負(fù)序電流對電動機(jī)的危害

（1）引起電動機(jī)的轉(zhuǎn)子表面局部過熱，會產(chǎn)生很高的溫度，這也將造成轉(zhuǎn)子局部燒損或損壞；（2）引起電動轉(zhuǎn)子震動。

3 過熱保護(hù)分析

3.1 保護(hù)的構(gòu)成

電動機(jī)啟動時，開關(guān)合閘的非同期也會引起一定的負(fù)序電流，同時由于電流互感器飽和等因素容易造成波形失真?，F(xiàn)在的中壓開關(guān)三相同期性都比較好，按要求選用較好特性的TA，出現(xiàn)的負(fù)序電流一般不超過額定電流的1.5倍。啟動時的負(fù)序電流保護(hù)整定必須對此予以考慮，最好是根據(jù)啟動試驗(yàn)實(shí)測的最大負(fù)序電流值來確定。

3.2 動作方程的建立

3.2.1 負(fù)序過負(fù)荷方程：

（8）

式中：

——保護(hù)整定電流值

——電機(jī)啟動瞬間單相斷路故障時的負(fù)序電流值

——TA電流比值，為常數(shù)

——保護(hù)動作靈敏系數(shù)，可根據(jù)保護(hù)需要進(jìn)行設(shè)定，取值范圍是1.3～1.5之間

3.2.2 過電流計(jì)算方程：

（9）

式中：

——負(fù)序電流值

——負(fù)序過流下限保護(hù)整定值

——負(fù)序過流上限保護(hù)整定值

——發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子冷卻常數(shù)

——熱值常數(shù)

——負(fù)序電流標(biāo)幺值，一般取TA二次值

t——延時時間

3.3 動作特性分析

負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)的動作特性為定時限特性；負(fù)序過電流保護(hù)的動作特性為反時限特性。如圖1所示：

圖1 負(fù)序反時限過流保護(hù)動作特性

如圖1所示，是上限保護(hù)動作負(fù)序電流值；是下限動作負(fù)序電流值；為上限動作時間；是下限動作時間。

3.4 整定保護(hù)措施

3.4.1 負(fù)序定時限過負(fù)荷保護(hù)。定時限負(fù)序動作電流整定值一般原則是躲過發(fā)電機(jī)長期連續(xù)運(yùn)行允許的負(fù)序電流計(jì)算，即：

（10）

式中：

——TA常數(shù)，一般取為1.2

——測量回饋系數(shù)，通常取值區(qū)間是0.85～0.95

——發(fā)電機(jī)負(fù)荷側(cè)TA感應(yīng)電流，也即額定二次電流（A）

負(fù)序定時限動作時間整定值的原則一般按與線路后備保護(hù)最大動作時間配合計(jì)算，即：

（11）

式中：

——發(fā)電機(jī)定時限轉(zhuǎn)子表層負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)動作時間整定值（s）

——線路后備保護(hù)動作時間最大整定值（s）

Vt——時間級差，一般取0.5s

3.4.2 負(fù)序反時限過負(fù)荷保護(hù)。下限負(fù)序動作電流整定值計(jì)算原則一般按與定時限負(fù)序過電流保護(hù)動作電流配合計(jì)算，即：

3.5 預(yù)防措施

3.5.1 發(fā)電機(jī)的不對稱運(yùn)行的出現(xiàn)，應(yīng)迅速查明原因，果斷處理得當(dāng)，總的解決處理原則是及時向發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)解列，分析負(fù)序電流產(chǎn)生的原因，根據(jù)不同故障類型制定相應(yīng)措施，盡量保持發(fā)電機(jī)組對稱度，維持電機(jī)電壓和電流三相平衡；如果發(fā)電機(jī)和分裂出現(xiàn)三相不同步瞬時開合閘運(yùn)行，需要整定好發(fā)電機(jī)有功功率，調(diào)節(jié)電機(jī)勵磁電流，減小電機(jī)定子三相電流不平衡度，再迅速開合或斷開出口開關(guān)；如果已經(jīng)處于不對稱狀態(tài)，則必須及時按規(guī)程現(xiàn)場處理。

3.5.2 根據(jù)負(fù)序電流下的發(fā)電機(jī)容量，增加負(fù)序電流保護(hù)或安裝報(bào)警裝置。

3.5.3 發(fā)電機(jī)出口斷路器失靈保護(hù)裝置，保證非全相運(yùn)行的出現(xiàn)，可以及時隔離發(fā)電機(jī)系統(tǒng)。

3.5.4 為了提高安裝，維修，發(fā)電機(jī)的制造過程，進(jìn)而提高承受發(fā)電機(jī)負(fù)序電流的能力。如阻尼繞組在轉(zhuǎn)子上安裝，以抵消負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場效應(yīng)，楔環(huán)非磁性低電阻率的材料，為了減小渦流損耗，轉(zhuǎn)子部件的時間，發(fā)現(xiàn)隱患維修并消除，防止擴(kuò)大。

4 結(jié)語

本文通過對發(fā)電機(jī)組負(fù)序電流產(chǎn)生的原因及危害的詳細(xì)分析，提出發(fā)電機(jī)電流整定保護(hù)及其措施，在實(shí)際操作中，由于負(fù)序電流產(chǎn)生的原因比較復(fù)雜，因此整定比較困難，通過135MW發(fā)電機(jī)組端口負(fù)序電流的仿真，可以有效解決整定的準(zhǔn)確性，提高系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：蔣建華）