一次與二次結(jié)合，共創(chuàng)發(fā)電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)新方法

張舉華電國(guó)際十里泉發(fā)電廠

一次與二次結(jié)合，共創(chuàng)發(fā)電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)新方法

張舉
華電國(guó)際十里泉發(fā)電廠

摘要：通過比較三臺(tái)發(fā)電機(jī)主保護(hù)定量化設(shè)計(jì)的結(jié)果，進(jìn)一步指出在大中型發(fā)電機(jī)定子繞組初步設(shè)計(jì)過程中，需要將發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)的引出方式、內(nèi)部可能出現(xiàn)的故障特征以及主保護(hù)方案等結(jié)合起來，進(jìn)行綜合、全面的考慮。發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)和繼電保護(hù)彼此分離，很容易使發(fā)電機(jī)在整個(gè)運(yùn)行過程中出現(xiàn)安全問題。因此，將兩者結(jié)合起來，利于定子繞組計(jì)劃的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)；繼電保護(hù)；主保護(hù)配置方案

引言

在很多大型發(fā)電機(jī)中，逐漸開始采用主保護(hù)配置方案的定量化設(shè)計(jì)，而這一設(shè)計(jì)已經(jīng)被更多的設(shè)計(jì)院或者電廠所接受，并應(yīng)用在實(shí)際中。近年來，隨著工程量的不斷增加，工程實(shí)踐也積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，雖然部分發(fā)電機(jī)定子繞組形式得到了明確規(guī)定，但目前應(yīng)用的主保護(hù)方案依然不盡人意，缺乏良好的保護(hù)性能，繼而在很大程度上給發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性造成影響。因此，發(fā)電機(jī)定子繞組設(shè)計(jì)完成之后，需對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路主保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行研究，并綜合發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)（一次）和繼電保護(hù)（二次）的工作，才能使定子繞組得到更好的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

一、分析兩臺(tái)火力發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障的特征

A發(fā)電機(jī)額定功率330萬MW，使用分?jǐn)?shù)槽疊繞組，52極，定子槽數(shù)是540，每相四分支，一個(gè)分支總共有45個(gè)線圈；發(fā)電機(jī)有額定參數(shù)，其中PN是330MW，UN是20kV，IN是11207A。進(jìn)一步分析此發(fā)電機(jī)定子繞組的展開圖，能夠清楚的掌握A發(fā)電機(jī)定子繞組實(shí)際存在且容易發(fā)生的內(nèi)部短路問題。此發(fā)電機(jī)一共有540種同槽故障，而相同分支分匝間短路一共有300種，其中2匝故障數(shù)目為60種，3匝為84種，4匝為60種，5匝為84種，6匝為12種；相間短路故障一共有240種，其中同相不同分支匝間短路故障數(shù)目有24種，分支編號(hào)相同有56種，分支編號(hào)不同的故障數(shù)目有160種。

B發(fā)電機(jī)額定功率330萬MW，使用了整數(shù)槽波繞組，20極，定子槽數(shù)是360，每相四分支，一個(gè)分支總共有30個(gè)線圈；發(fā)電機(jī)有額定參數(shù)，其中PN是330MW，UN是20kV，IN是11207A。分析此發(fā)電機(jī)定子繞組展開圖可以看出，此定子繞組可能發(fā)生的內(nèi)部短路情況有很多，存在360種同槽故障，沒有同相同分支匝間短路故障，同相不同分支匝間短路故障有300種，其中24匝故障數(shù)目為150種，35匝故障數(shù)目為120種，40匝為30種；相間短路故障有60種，其中分支編號(hào)相同的有8種，分支編號(hào)不同的故障數(shù)目有52種。

通過上述數(shù)據(jù)可以看出，兩臺(tái)火力發(fā)電機(jī)采用了不同的繞組方式，其內(nèi)部出現(xiàn)故障的特點(diǎn)也有很大差異。A發(fā)電機(jī)同槽故障主要是匝間短路，特別是小短路匝間故障比較多；B發(fā)電機(jī)同槽故障中沒有同相同分支匝間短路故障。

二、比較兩臺(tái)火力發(fā)電機(jī)的主保護(hù)性能

根據(jù)定子繞組連接圖，可以更好的發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)實(shí)際有可能出現(xiàn)的同槽故障，通過計(jì)算內(nèi)部短路情況，便于了解各種類型的主保護(hù)方案性能，并根據(jù)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、綜合利用的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，還要充分考慮發(fā)電機(jī)性能點(diǎn)側(cè)分支引出個(gè)數(shù)等，從而在定量分析的基礎(chǔ)上最終確定發(fā)電機(jī)的主保護(hù)配置方案。

雖然兩臺(tái)發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)側(cè)分支引出方式?jīng)]有明顯區(qū)別，但故障特點(diǎn)有很大區(qū)別，從而使其保護(hù)性能有所區(qū)別。A發(fā)電機(jī)的主保護(hù)不能動(dòng)作的故障比較多，只有86％的內(nèi)部故障可以實(shí)現(xiàn)兩種以上不同原理的主保護(hù)動(dòng)作；B發(fā)電機(jī)對(duì)所有可能發(fā)生的故障，都采用了有兩種以上的原理的主保護(hù)方案。

三、分析定子繞組連接方式不同的主保護(hù)配置方案的區(qū)別

由于兩臺(tái)發(fā)電機(jī)定子繞組不同連接形式的主保護(hù)配置方案在保護(hù)性能上都存在不同程度的差別，歸根結(jié)底，還是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)的定子繞組形式。分析之后可以發(fā)現(xiàn)，A發(fā)電機(jī)同槽故障同相不同分支匝間短路故障數(shù)目有24種，其中為大匝數(shù)故數(shù)目有12種，2個(gè)短路分支的短路點(diǎn)都位于發(fā)電機(jī)端，主保護(hù)方案都沒有動(dòng)作，其他12種故障是小匝數(shù)故障。

對(duì)于B發(fā)電機(jī)同樣的主保護(hù)配置來說，相鄰連接方式和相隔連接方式都存在性能上的差異，主要是因?yàn)槎ㄗ永@組形式不同，導(dǎo)致各個(gè)分支的故障特點(diǎn)也有較大差異，同槽、端部故障發(fā)生在鄰近電位的同相不同分支匝間短路，不管是出現(xiàn)在相隔分支間還是相鄰分支之間，故障數(shù)目都沒有太大差異。同時(shí)，相鄰分支之間的短路故障也主要發(fā)生在每相的第1支與第2支之間或者第3支與第4支之間。

四、火力發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)引出方式對(duì)繼電保護(hù)性能具有較大影響

一般情況下，火力發(fā)電機(jī)額定功率140萬MW，其額定參數(shù)主要為：PN是140MW，UN是13.8kV，IN是6891A，cosФ為0.85，If（）為627A，IfN為1748A，一共54槽，每相有2個(gè)分支，每個(gè)分支有9個(gè)線圈。通過分析此發(fā)電機(jī)定子繞組的展開圖可以看出，此發(fā)電機(jī)同槽故障有54種，無同相同分支，同相不同分支有24種，相間短路有30種；端部故障有1077種，同相同分支有168種，同相不同分支有30種，相間短路有879種。通過分析，新型主保護(hù)方案不能動(dòng)作故障數(shù)目?jī)H為故障總數(shù)量的2％。而傳統(tǒng)主保護(hù)方案不能動(dòng)作的故障數(shù)目達(dá)到故障中數(shù)目的20％。由此可以看出，和傳統(tǒng)主保護(hù)方案相比，當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組出現(xiàn)內(nèi)部故障時(shí)，新型中性點(diǎn)側(cè)引出方式和主保護(hù)方案的效果更好。

五、結(jié)語

發(fā)電機(jī)中應(yīng)用的定子繞組靈活性很高，在設(shè)計(jì)過程中，不僅要充分滿足電機(jī)的設(shè)計(jì)要求，還應(yīng)該充分考慮在發(fā)電機(jī)連接形式不同時(shí)，產(chǎn)生的內(nèi)部故障之間的差異性，同時(shí)也要分析此故障對(duì)主保護(hù)方案性能帶來的影響，實(shí)現(xiàn)二次為一次服務(wù)、一次為二次提供條件的目標(biāo)，將繼電保護(hù)與發(fā)電機(jī)密切結(jié)合在一起，從而使發(fā)電機(jī)定子繞組得到優(yōu)化設(shè)計(jì)，利于發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]王慧敏，夏長(zhǎng)亮，喬照威，宋戰(zhàn)鋒.雙饋風(fēng)力發(fā)電機(jī)混合粒子群優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].天津大學(xué)學(xué)報(bào).2012(02).