淺析發(fā)電廠繼電保護(hù)整定計(jì)算

劉仁

摘 要：發(fā)電廠繼電保護(hù)整定計(jì)算是電廠安全穩(wěn)定運(yùn)行的可靠保障。由于電廠繼電保護(hù)裝置種類繁多、整定計(jì)算工作量大，需要計(jì)算人員具備較為豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和較高的專業(yè)水平，目前大多數(shù)電廠繼電保護(hù)整定計(jì)算工作尚處在人工手算的階段。雖然陸續(xù)有人設(shè)計(jì)出了電廠繼電保護(hù)整定計(jì)算方面的軟件，在整定計(jì)算方面具備了部分功能，但由于整定計(jì)算中依然需要有較多的人工操作，制約了整定計(jì)算軟件的推廣應(yīng)用。因此，對(duì)發(fā)電廠的繼電保護(hù)進(jìn)行整體計(jì)算研究有著非?，F(xiàn)實(shí)的意義。本文從發(fā)電廠整定計(jì)算的發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，在充分了解掌握整定計(jì)算的原則的情況下，對(duì)發(fā)電機(jī)保護(hù)的整定計(jì)算原則進(jìn)行介紹，同時(shí)對(duì)繼電保護(hù)整定計(jì)算方式進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠 繼電保護(hù) 整定計(jì)算

中圖分類號(hào)：TM744 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）01（c）-0039-02

1 研究背景

發(fā)電廠的繼電保護(hù)裝置正確動(dòng)作是發(fā)電廠電力系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行的重要保障。隨著電力系統(tǒng)的迅速發(fā)展，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度不斷加深，同時(shí)大容量機(jī)組在系統(tǒng)中的不斷應(yīng)用，使得對(duì)繼電保護(hù)裝置的“可靠性、速動(dòng)性、選擇性、靈敏性”提出了更高的要求。發(fā)電廠繼電定值的整體計(jì)算是發(fā)電廠繼電保護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分。不管保護(hù)裝置的運(yùn)行原理如何創(chuàng)新，計(jì)算方法如何精準(zhǔn)，硬件配置如何提升，一旦定值不可靠，那么發(fā)電廠的繼電保護(hù)裝置就不能正常運(yùn)行。繼電保護(hù)定值的正確整定是繼電保護(hù)裝置正確動(dòng)作的前提，顯得尤為重要。

2 發(fā)電廠整定計(jì)算的發(fā)展現(xiàn)狀分析

根據(jù)相關(guān)調(diào)查研究顯示，國(guó)內(nèi)外關(guān)于發(fā)電廠繼電保護(hù)的整定計(jì)算研究正處在發(fā)展過程中。目前，國(guó)內(nèi)發(fā)電廠使用的保護(hù)裝置的廠家繁多，水平不一。這也導(dǎo)致了發(fā)電廠現(xiàn)場(chǎng)繼電保護(hù)裝置種類繁多、原理各異，以致相對(duì)應(yīng)的整定計(jì)算方法也不一樣。因?yàn)楸Ｗo(hù)裝置的配置以及保護(hù)原理的不一樣，使得微機(jī)保護(hù)的整定計(jì)算量增大，整定工作變得更為復(fù)雜。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和軟件技術(shù)的發(fā)展，許多關(guān)于電網(wǎng)的繼電保護(hù)整定系統(tǒng)軟件研發(fā)成功，且技術(shù)趨于成熟，繼電保護(hù)整定計(jì)算工作人員的工作量得到了很大的降低。但是在將系統(tǒng)推廣應(yīng)用階段卻不盡如人意，目前多數(shù)發(fā)電廠的繼電保護(hù)整定計(jì)算工作還是靠工作人員手工計(jì)算。出現(xiàn)這種狀況的要原因是：隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)日益；計(jì)算過程中工作人員都加入了自己的經(jīng)驗(yàn)值，使得整定計(jì)算的結(jié)果沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。

3 發(fā)電廠繼電保護(hù)整定計(jì)算的方法

以下介紹的發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)整定計(jì)算方法只代表發(fā)電機(jī)主要保護(hù)中的一部分。

3.1 比率制動(dòng)完全差動(dòng)保護(hù)

比率制動(dòng)完全差動(dòng)保護(hù)保護(hù)僅反應(yīng)繞組、引出線的相間故障。不反應(yīng)匝間、接地、開焊故障；不反應(yīng)轉(zhuǎn)子回路故障。

最小動(dòng)作電流Is的整定計(jì)算原則：按外部故障切除時(shí)不誤動(dòng)條件整定。

即，，其中為可靠系數(shù)，可取1.5～2.0；為TA綜合誤差，可取0.1；Δm為通道調(diào)整引起的不平衡電流系數(shù)，可取0.02；為二次額定電流。工程上一般取。

拐點(diǎn)電流的整定計(jì)算：It=（0.7～1.0）In。

制動(dòng)特性斜率S的整定原則：按區(qū)外故障最大穿越性電流作用下可靠不誤動(dòng)整定，工程上一般取S=0.3～0.5。

差動(dòng)速斷電流的整定原則：按躲過非同期合閘產(chǎn)生的最大不平衡電流整定，對(duì)于大型機(jī)組一般取。

3.2 發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)的整定計(jì)算

基波零序電壓式定子接地保護(hù)主要保護(hù)由機(jī)端向機(jī)內(nèi)80%～85%定子繞組的接地故障；基波零序電壓式定子接地保護(hù)的動(dòng)作電壓應(yīng)按躲過發(fā)電機(jī)正常工況下機(jī)端TV開口三角的最大輸出電壓或中性點(diǎn)TV（或消弧線圈、或配電變壓器）二次的最大電壓來整定。即，，式中為可靠系數(shù)，可取2.5～3；為最大不平衡電壓。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，一般為3～3.5V。其中，三次諧波分量為2～2.5V，而基波分量一般為0.5～1.5V。因此，當(dāng)保護(hù)中具有濾過比較高的三次諧波濾過器時(shí)，Uop取5V是合理的。

同時(shí)應(yīng)考慮到當(dāng)發(fā)電廠主變高壓側(cè)發(fā)生接地短路故障時(shí)，零序電壓可能通過主變高、低兩側(cè)繞組之間的耦合電容傳遞至發(fā)電機(jī)側(cè)，可能使3U0定子接地保護(hù)不正確動(dòng)作。當(dāng)存在此風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，零序電壓式定子接地保護(hù)應(yīng)具有一定的動(dòng)作延時(shí)。

三次諧波電壓式定子接地保護(hù)，主要保護(hù)由發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)向機(jī)內(nèi)15%～20%定子繞組的接地故障。計(jì)算公式為：，，其中為機(jī)端三次諧波電壓；為中性點(diǎn)三次諧波電壓。

發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)及機(jī)端的三次諧波電壓的大小，與發(fā)電機(jī)的三次諧波電勢(shì)的大小有關(guān)。而發(fā)電機(jī)的三次諧波電勢(shì)與發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)有關(guān)，與定子繞組在定子槽內(nèi)的分布有關(guān)，與發(fā)電機(jī)的類型有關(guān)。實(shí)測(cè)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的最大三次諧波電壓比值為，則取閾值α0。

3.3 轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的整定計(jì)算

轉(zhuǎn)子繞組及勵(lì)磁系統(tǒng)對(duì)地是絕緣的，當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組或勵(lì)磁回路發(fā)生一點(diǎn)接地時(shí)，不會(huì)構(gòu)成對(duì)發(fā)電機(jī)的危害。但是，當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組出現(xiàn)不同位置的兩點(diǎn)接地，很大的短路電流可能燒傷轉(zhuǎn)子本體；同時(shí)，由于部分轉(zhuǎn)子繞組被短路，使氣隙磁場(chǎng)不均勻或發(fā)生畸變，從而使電磁轉(zhuǎn)矩不均勻并造成發(fā)電機(jī)振動(dòng)，損壞發(fā)電機(jī)。

目前，按避免轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地時(shí)損壞發(fā)電機(jī)方面考慮，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)的高定值取10～30kΩ，低定值可取0.5～10kΩ。對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)應(yīng)只投信號(hào)。轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)的動(dòng)作延時(shí)，可取5～10s。

3.4 失磁保護(hù)的整定計(jì)算

發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的阻抗判據(jù)有靜穩(wěn)邊界阻抗判據(jù)和異步邊界阻抗判據(jù)兩種。靜穩(wěn)邊界阻抗判據(jù)是根據(jù)發(fā)電機(jī)失去靜穩(wěn)時(shí)機(jī)端阻抗的變化軌跡而設(shè)立的，異步邊界阻抗判據(jù)是根據(jù)發(fā)電機(jī)失磁后轉(zhuǎn)入穩(wěn)定異步運(yùn)行時(shí)機(jī)端阻抗的變化軌跡而設(shè)立的。

轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)是根據(jù)發(fā)電機(jī)的靜穩(wěn)邊界而設(shè)計(jì)的，包括等勵(lì)磁電壓判據(jù)和變勵(lì)磁電壓判據(jù)。等勵(lì)磁電壓判據(jù)動(dòng)作電壓值為定值，一般為額定空載勵(lì)磁電壓的80%。變勵(lì)磁電壓判據(jù)的動(dòng)作電壓值隨發(fā)電機(jī)輸出的有功功率變化而改變。

三相同時(shí)低壓判據(jù)分為主變高壓側(cè)三相低壓判據(jù)和機(jī)端三相低壓判據(jù)。主變高壓側(cè)三相低壓判據(jù)動(dòng)作電壓取為母線額定電壓的80%～85%；機(jī)端三相低電壓判據(jù)動(dòng)作電壓一般取為發(fā)電機(jī)額定電壓的80%。

4 繼電保護(hù)裝置整定計(jì)算的展望

通過介紹發(fā)電機(jī)保護(hù)的整定原則可知要想對(duì)發(fā)電機(jī)保護(hù)定值進(jìn)行精準(zhǔn)的整定計(jì)算，不僅要熟知保護(hù)的原理、算法，還要熟悉機(jī)組的運(yùn)行特性，部分定值是以實(shí)測(cè)數(shù)值為依據(jù)整定完成的。繼電保護(hù)軟件整定計(jì)算運(yùn)行模式死板、限制性強(qiáng)，對(duì)電力系統(tǒng)技術(shù)人員并沒有實(shí)質(zhì)性的幫助；軟件在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，數(shù)據(jù)錄入繁瑣，可操作性太低，對(duì)操作人員的要求較為嚴(yán)格。隨著計(jì)算機(jī)及軟件技術(shù)的不斷發(fā)展，相信繼電保護(hù)整定計(jì)算軟件的適應(yīng)性和友好性將不斷進(jìn)步，但是我們也應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，繼電保護(hù)不僅重要，同時(shí)還相當(dāng)復(fù)雜，在整定計(jì)算過程中人的因素是替代不了的，計(jì)算軟件只能是作為一個(gè)工具簡(jiǎn)化計(jì)算，但最終還是要保護(hù)專業(yè)人員把關(guān)。

5 結(jié)語

發(fā)電廠繼電保護(hù)裝置的整定計(jì)算是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作，它的專業(yè)程度決定了整定計(jì)算軟件的整定計(jì)算系統(tǒng)必須跟實(shí)際的電力系統(tǒng)相互結(jié)合，在充分考慮用戶需求的基礎(chǔ)上，對(duì)繼電保護(hù)整定計(jì)算軟件進(jìn)行不斷的升級(jí)，使軟件更加智能化。

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