汽輪發(fā)電機組繼電保護運行問題分析

劉 志

(重慶發(fā)電廠，重慶 400053)

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汽輪發(fā)電機組繼電保護運行問題分析

劉 志

(重慶發(fā)電廠，重慶 400053)

根據(jù)當前大中型發(fā)電機組繼電保護裝置的配置及運行情況，分別就發(fā)電機失磁保護，零序電壓定子繞組接地保護等裝置在投運后，因設(shè)計、整定考慮不周或運行維護不到位，致使保護裝置不能正確反應(yīng)機組異常運行情況或拒動問題，提出改進建議。

發(fā)電機組；保護；問題；淺析

發(fā)電機組的安全運行對保證電力系統(tǒng)的正常工作和電能質(zhì)量起著決定性作用。針對發(fā)電機各種不同故障形式和異常運行方式，應(yīng)裝設(shè)性能完善的保護裝置來切除各種故障以及反映各種異常運行方式，從而減少對發(fā)電機及電力系統(tǒng)的損害。因此，作為機組內(nèi)部故障及異常運行的保護裝置，應(yīng)精心設(shè)計并完善保護配置，認真整定和嚴格按標準調(diào)試，確保機組保護正確動作。

1 發(fā)電機-變壓器組保護配置情況[1]

大機組電氣保護可以分為短路保護和異常運行保護。因此，在配置大機組保護時應(yīng)最大限度地保證機組安全和最大限度地縮小故障破壞范圍，避免保護裝置誤動和拒動。

1)發(fā)電機組的短路保護：發(fā)電機差動保護、主變差動保護、高廠變差動保護、勵磁變差動保護、發(fā)電機定子匝間保護、主變零序保護、全阻抗保護、發(fā)電機勵磁回路兩點接地保護、高廠變復(fù)壓過流保護、勵磁變復(fù)壓過流保護等。

2)發(fā)電機組的異常運行保護：發(fā)電機定子接地保護、過激磁保護、對稱過負荷保護、不對稱過負荷保護(負序過負荷保護)、發(fā)電機失磁保護、低頻保護、發(fā)電機過電壓保護、發(fā)電機失步保護、發(fā)電機逆功率保護、斷路器失靈保護、發(fā)電機非全相運行保護、勵磁回路過負荷保護、發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點接地保護、發(fā)電機意外突加電壓保護等。

3)發(fā)電機組的非電量保護：變壓器瓦斯保護、主變冷卻器全停、變壓器壓力釋放、變壓器繞組溫度、熱工保護等。

2 發(fā)電機失磁保護

發(fā)電機失磁保護是發(fā)電機異常運行保護，如果發(fā)電機在重負荷下失磁，則有功會劇烈波動，發(fā)電機轉(zhuǎn)差增大，致使轉(zhuǎn)子超速。若不采取有效措施，一方面發(fā)電機將因轉(zhuǎn)子與定子間出現(xiàn)速度差，在轉(zhuǎn)子回路中感應(yīng)出轉(zhuǎn)差頻率的電流，引起轉(zhuǎn)子局部過熱，發(fā)電機還會受到交變的異步電磁力矩的沖擊，進而發(fā)生振動，轉(zhuǎn)差越大，振動也越大；另一方面發(fā)電機失磁后從系統(tǒng)中吸收無功，將造成系統(tǒng)電壓下降，而且為了滿足系統(tǒng)無功需求，可能造成系統(tǒng)中其他發(fā)電機過流。因此，發(fā)電機失磁后應(yīng)立即減發(fā)電機出力，根據(jù)部分機組運行試驗的結(jié)果，要求發(fā)電機在失磁30 s內(nèi)將有功減至0.6標么值，2 min內(nèi)將有功減至0.4標么值[3]。這對自動減負荷裝置要求較高，特別對運行較久的機組來說實行起來較困難。

1) 發(fā)電機失磁保護的構(gòu)成

某發(fā)電機失磁保護的邏輯框圖如圖1所示。該保護裝置中，采集了發(fā)電機機端電壓、電流，發(fā)電機勵磁電壓以及系統(tǒng)電壓。其判據(jù)有UL-P元件、機端阻抗元件、電流元件、系統(tǒng)低電壓元件。

圖1 發(fā)電機失磁保護的邏輯框圖

2) 保護動作行為分析

在設(shè)計保護裝置的安裝接線圖時，將T1設(shè)為發(fā)信，T2設(shè)為切換廠用電，T3設(shè)為出口解列。由于系統(tǒng)容量不斷增大，各系統(tǒng)間聯(lián)系又很緊密，即使出現(xiàn)較大容量的單機失磁也不會造成系統(tǒng)電壓大幅度下降。按上述接線方式進行的失磁保護動作出口后不會解列機組。如果機組減出力較慢，就會使轉(zhuǎn)子滑差增大，致使轉(zhuǎn)子超速。在此過程中有功會劇烈波動，這種情況下汽機超速保護動作關(guān)閉主汽門，發(fā)電機逆功率保護動作解列機組。

3) 發(fā)電機失磁保護的出口方式

在發(fā)電機失磁保護整定中考慮以下幾個因素：

①處于負荷中心的發(fā)電廠，發(fā)電機的失磁保護宜設(shè)計I段不經(jīng)低電壓閉鎖，而由阻抗繼電器和其他判據(jù)(如轉(zhuǎn)子低電壓)“與”后延時出口跳閘。

②失磁保護應(yīng)在較短時間內(nèi)切換廠用電，以防止機組失磁運行造成廠用設(shè)備故障。

③應(yīng)認真校核發(fā)電機失磁保護的整定范圍及低勵限制特性，防止發(fā)電機進相運行時失磁保護誤動作。

3 發(fā)電機定子單相接地保護

發(fā)電機定子單相接地是發(fā)電機較常見的故障之一，由于發(fā)電機中性點不接地或經(jīng)高阻抗接地。因此，在發(fā)電機定子單相接地時不會出現(xiàn)較大的故障電流。然而，隨著單機容量的增大，為了防止定子單相接地時電容電流燒傷定子鐵芯以及接地故障擴大為相間或匝間短路，現(xiàn)行運行中的發(fā)電機定子單相接地保護，大部分采用基波零序電壓和三次諧波構(gòu)成定子100%接地保護。

3.1 基波零序型發(fā)電機定子單相接地保護的構(gòu)成

某基波零序型發(fā)電機定子單相接地保護的邏輯框圖如圖2所示。該保護裝置采集了發(fā)電機機端零序電壓和發(fā)電機中性點零序電壓，其判據(jù)有基波零序電壓元件和三次諧波元件。

圖2 基波零序型發(fā)電機定子單相接地保護的邏輯框圖

3.2 影響保護裝置的有關(guān)問題

3.2.1 防止基波零序電壓元件拒動

由圖2可知，基波零序電壓取自中性點TV或配電變壓器二次側(cè)，雖然沒有熔斷器故障的問題出現(xiàn)，但是在中性點TV或配電變壓器的一次側(cè)有隔離開關(guān)存在，機組正常運行中無電氣量或開關(guān)狀態(tài)可監(jiān)視中性點TV或配電變壓器的一次側(cè)是否接觸良好。因此，機組停運后應(yīng)加強檢查，防止因為隔離開關(guān)未合上或接觸不良造成基波零序電壓元件拒動。

3.2.2 防止基波零序電壓元件誤動

在整定中，往往希望基波零序電壓接地保護有很大的保護區(qū)，將零序電壓動作值整定較小，在下列情況下保護裝置有可能誤動作。

1)大型機組一般采用單元制接線，在變壓器高壓側(cè)發(fā)生不對稱接地短路時，由于變壓器高、低壓側(cè)間耦合電容的存在，會將基波零序電壓傳遞到機端，從而出現(xiàn)零序電壓，若大于保護裝置定值時，保護誤動作。

2)在廠用系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，由于廠用變壓器高、低壓側(cè)間耦合電容的存在，會將基波零序電壓傳遞到機端，從而出現(xiàn)零序電壓，若大于保護裝置定值時，保護誤動作。

3)發(fā)電機三相對地電容不等，機組正常運行時，造成中性點電位位移，可能使保護裝置誤動作。

因此在整定時，整定電壓與延時兩個方面要考慮與系統(tǒng)接地保護配合。

3.2.3 基波零序電壓整定值的設(shè)置為低定值段和高定值段[2]

1)低定值段

按躲過發(fā)電機正常運行時出現(xiàn)的最大不平衡基波零序電壓整定。

Uop=KrelU0.max

式中：Krel為可靠系數(shù)，取1.2～1.3；U0.max為實測不平衡基波零序電壓。并應(yīng)考慮以下問題：

①若該整定電壓已躲過主變壓器高、低壓側(cè)間耦合到機端的基波零序電壓，動作時限可取0.3～1 s；

②具有變壓器高壓側(cè)發(fā)生接地故障和廠用系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障傳遞過電壓防誤動措施的保護裝置，動作時限可取0.3～1 s；

③若該整定電壓低于主變壓器高、低壓側(cè)間耦合到機端的基波零序電壓，動作時限應(yīng)與變壓器高壓側(cè)接地保護配合。

2)高定值段

按躲過傳遞過電壓整定，可取(15%～25%)Uon，時限可取0.3～1 s。

3.2.4 三次諧波保護反映發(fā)電機中性點故障

在靠近發(fā)電機中性點發(fā)生接地故障時，基波零序電壓保護不能動作。因此，通過三次諧波保護來反映發(fā)電機中性點故障時，這樣由基波零序電壓保護和三次諧波保護構(gòu)成定子線圈的100%接地保護。三次諧波保護宜投信號，基波零序電壓保護投跳閘。

3.2.5 設(shè)置TV斷線閉鎖元件

如果基波零序電壓取自于發(fā)電機機端,雖然不存在中性點TV或配電變壓器一次側(cè)隔離開關(guān)接觸不良的情況，但會出現(xiàn)TV一、二側(cè)斷線。因此，該裝置必須設(shè)置TV斷線閉鎖元件，且TV斷線閉鎖元件應(yīng)能反映TV一、二次斷線。某發(fā)電廠出現(xiàn)過在設(shè)計TV斷線閉鎖裝置接線時出錯，導(dǎo)致在發(fā)電機定子繞組接地時，TV斷線閉鎖元件誤動，致使保護拒動的事故發(fā)生。

因此，不論采用何種方式實施保護功能，應(yīng)認真分析其構(gòu)成原理，才能確保繼電保護裝置可靠運行，正確反應(yīng)故障情況。

4 結(jié)束語

大型發(fā)電機—變壓器組配置的保護裝置，應(yīng)確保在機組保護范圍內(nèi)任意一點發(fā)生各種故障時，均有不同原理的保護裝置，且具有高靈敏性，并能快速、可靠、選擇性地切除故障。機組在正常運行中發(fā)生任何異常情況，應(yīng)有保護裝置動作，發(fā)出信號告知值班人員及時處理，防止事故擴大。目前，機組主保護原理已相當成熟，人們對此已有高度的重視，而對于機組的異常運行保護，人們在重視程度上略有欠缺，因此，在設(shè)計、整定、現(xiàn)場運行及維護上可能會出現(xiàn)一些失誤。筆者列舉了部分事例進行了分析，并提出了改進建議。

[1] 王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護原理與應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，1996.

[2] 國家能源局.大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導(dǎo)則：DL/T 684—2012[S].北京：中國電力出版社，2012.

[3] 王梅義，吳竟昌，蒙定中.大電網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)[M].2版.北京：中國電力出版社，1995.

[4] 國家電力調(diào)度通信中心.發(fā)電機變壓器繼電保護應(yīng)用[M].2版.北京：中國電力出版社，2005.

Problem Analysis of the Relay Protection Operation of the Steam Turbine Generator

LIU Zhi

(Chongqing Power Plant of Shenhua Group Corporation Ltd.，Chongqing 400053，P.R.China)

Based on the configurations and operating conditions of relay protection devices of large and medium-sized generator units，this paper analyzes the problems of the protection devices such as incorrect indications of abnormal operation of the units as well as failures caused by deficiencies in the design，consideration and operating maintenance during the operation of the field loss protection device of the generator and the zero sequence voltage stator winding grounding protection device．In addition，it presents relevant suggestions for improvement．

generator unit；protection；problems；analysis

2016-05-06

劉 志(1964-)，高級技師、工程師，主要從事繼電保護及電氣自動化技術(shù)管理工作。

TM774

A

1008- 8032(2016)05- 0047- 03