發(fā)電廠繼電保護的配置研究

周贇

摘 要：發(fā)電廠的主設(shè)備包括發(fā)電機、主變壓器、電動機等，它些對電廠的正常運行和電能質(zhì)量有決定性的作用。但是，在這些設(shè)備運行的過程中，它們很可能出現(xiàn)故障，而且檢修工作時間長、操作復(fù)雜，對電網(wǎng)的正常供電有很大的影響。因此，需要對其配置繼電保護，以便在發(fā)生故障時能夠迅速發(fā)出告警信號或者做出相應(yīng)的動作。簡要研究了發(fā)電廠內(nèi)幾種重要一次設(shè)備的繼電保護配置，分析了設(shè)置的保護類型及其針對的故障，以期為日后的相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機；繼電保護裝置；告警信號；發(fā)電廠

中圖分類號：TM774 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.24.145

發(fā)電廠繼電保護的配置直接關(guān)系著各個設(shè)備的正常、可靠運行，它與電廠運行的安全性和穩(wěn)定性息息相關(guān)。因此，相關(guān)單位必須配置功能完善的繼電保護裝置，一旦發(fā)生故障，繼電保護裝置能夠快速切除故障。例如，當(dāng)發(fā)電機發(fā)生故障時，應(yīng)立即停運，并滅磁。雖然發(fā)電機沒有出現(xiàn)嚴(yán)重故障，但是，一旦其出現(xiàn)了部分安全隱患，處于不正常運行狀態(tài)，繼電保護裝置就會及時發(fā)出告警信號，以提醒工作人員及時處理。為了保證繼電保護方案的科學(xué)性，還應(yīng)考慮到發(fā)電廠自身的特點。本文主要研究了幾種發(fā)電廠內(nèi)重要一次設(shè)備的繼電保護，這對實現(xiàn)發(fā)電廠繼電保護配置的優(yōu)化有重要的參考價值。

1 電廠發(fā)電機的繼電保護配置

1.1 發(fā)電機的故障類型

發(fā)電機故障主要包括以下幾類：①定子繞組相間短路。這種故障會產(chǎn)生巨大的熱量和電應(yīng)力，會嚴(yán)重破壞繞組的絕緣，嚴(yán)重時還會燒毀鐵芯和繞組。②定子繞組匝間短路。這種故障發(fā)生時間過長可能會引發(fā)接地故障或相間短路故障。③定子繞組單相接地短路故障。一般情況下，這種故障是繞組與鐵芯發(fā)生短路，接地處的短路電流產(chǎn)生的高溫會使得鐵芯部分熔化，修復(fù)起來非常困難。④勵磁回路故障。勵磁回路一點接地故障不會造成直接的破壞，但是，如果不及時處理，發(fā)展成兩點接地或多點接地，形成電流通路，將會破壞轉(zhuǎn)子繞組和鐵芯。同時，如果不再滿足轉(zhuǎn)子磁通的對稱性，電動機將會發(fā)生振動，產(chǎn)生更加嚴(yán)重的后果。

發(fā)電機不正常運行狀態(tài)有以下幾種：①低勵磁或失磁。在這種狀態(tài)下，發(fā)電機吸取不功功率，容易引起定子過電流，發(fā)電機失去同步狀態(tài)，嚴(yán)重時還可能導(dǎo)致電壓下降。②定子過負(fù)荷。當(dāng)發(fā)電機定子電流過大時，溫度可能過高，從而加快絕緣老化的速度，縮短發(fā)電機的使用壽命。③定子過電壓。當(dāng)發(fā)電機負(fù)荷突然變小時，發(fā)電機輸出電壓會變大，可能就會將定子繞組的絕緣擊穿，引發(fā)事故。④發(fā)電機失步。這種狀態(tài)會導(dǎo)致系統(tǒng)震蕩，導(dǎo)致定子繞組過熱，或受到機械損傷。⑤頻率降低。當(dāng)負(fù)荷過高或者發(fā)電機動力突然消失，但發(fā)電機斷路器沒有跳閘時，發(fā)電機將從發(fā)電狀態(tài)過渡到電動機狀態(tài)，形成逆功率。

1.2 發(fā)電機繼電保護的配置

從發(fā)電機的故障類型來看，發(fā)電機需配置以下繼電保護：縱聯(lián)差動保護、過流保護、過負(fù)荷保護、定子繞組匝間短路保護、定子繞組接地保護、勵磁回路接地保護和失磁保護。

縱聯(lián)差動保護是發(fā)電機的主保護，一般采用比率制動方式。當(dāng)發(fā)電機內(nèi)部發(fā)生故障時，第一時間停機，即斷開發(fā)電機的斷路器，并滅磁，同時，關(guān)閉原動機。比率制動差動縱聯(lián)差動保護的保護動作電流不是固定的，當(dāng)外部短路電流越大時，其動作電流越大，以確保外部故障時保護不誤動而內(nèi)部故障時可靠動作。過流保護反映的是發(fā)電機內(nèi)的電流故障，按照躲過發(fā)電機額定電流來整定。一般情況下，電流采用復(fù)合電壓進行閉鎖。其中，低電壓按照躲過發(fā)電機失磁運行或者電動機自啟動出現(xiàn)的低電壓整定，負(fù)序電壓按照躲過相鄰線路末端發(fā)生故障時的負(fù)序電壓整定，動作時間按照躲過相鄰元件后備保護最長一級時間來整定。定時限過負(fù)荷保護動作電流按照發(fā)電機允許長期運行的負(fù)荷電流來整定，而反時限過電流保護是為了防止發(fā)電機定子過熱。發(fā)電機定子接地保護反映發(fā)電機零序電壓的大小，可發(fā)信或者跳閘。發(fā)電機過電壓保護反映發(fā)電機機端電壓的大小，按照發(fā)電機允許最大過電壓和允許時間來整定。發(fā)電機的失磁保護使用無功和過電流判據(jù)，將失磁與短路、系統(tǒng)震蕩、TV斷線區(qū)分開來。當(dāng)出現(xiàn)逆無功和定子過電流時，判斷發(fā)電機失磁，保護自動降低發(fā)電機有功功率。

2 電廠其他主設(shè)備的繼電保護配置

2.1 變壓器保護

變壓器的保護包括電流速斷保護、縱聯(lián)差動保護、過流保護、單相接地零序電流保護和中性點零序電流保護等。變壓器的電流速斷保護是為了在保護范圍內(nèi)發(fā)生單相或多相短路故障時迅速切除故障點。其整定值應(yīng)同時考慮外部發(fā)生故障時的最大短路電流和變壓器的勵磁涌流，保護動作值取這兩個值的最大值。為了與其他保護配合，一般采用速斷保護。變壓器的縱聯(lián)差動保護主要針對變壓器繞組內(nèi)部以及引出線上發(fā)生的故障，動作值按照躲過外部故障時最大不平衡電流整定，保護動作時將變壓器各側(cè)斷路器跳開。過流保護、單相接地零序電流保護、中性點零序電流保護等屬于變壓器的后備保護，使得變壓器的保護更加完善、可靠。

2.2 電動機保護

對于高壓電動機或者大容量的低壓電動機，要求采用較為完善的保護，一般配置縱聯(lián)差動保護、電流速斷保護、過流保護、過熱保護、單相接地保護、堵轉(zhuǎn)保護、過負(fù)荷保護和欠電壓保護等。其中，堵轉(zhuǎn)保護屬于電動機的特殊保護。電動機發(fā)生堵轉(zhuǎn)，是指電動機長時間沒有達到額定轉(zhuǎn)速，流過電流變大。當(dāng)單獨傳情況嚴(yán)重時，很容易使得電動機被燒壞，因此，設(shè)置堵轉(zhuǎn)保護。堵轉(zhuǎn)保護需要躲過電動機的正常啟動，因此，在整定的啟動時間內(nèi)，需暫時退出堵轉(zhuǎn)保護。堵轉(zhuǎn)保護的動作電流和延時整定是由電動機的啟動特性和耐受過電流決定的。一般情況下，可將堵轉(zhuǎn)電流整定為2.5～3倍的額定電流。

3 總結(jié)

發(fā)電廠內(nèi)設(shè)備種類比較多，保護配置復(fù)雜，對繼電保護配置的研究任重而道遠(yuǎn)，還有大量繁重的工作需要開展。本文簡要分析了發(fā)電廠內(nèi)主要設(shè)備配置的保護類型，希望為發(fā)電廠繼電保護更深入的研究提供參考。

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〔編輯：白潔〕