電廠發(fā)變組繼電保護(hù)分析及失磁保護(hù)

封景山

摘要：近年來隨著社會用電需求的不斷增大，電力工程建設(shè)數(shù)量也逐漸增多。電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行對我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有直接影響，而繼電保護(hù)是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的有效保障。一旦電廠的繼電保護(hù)裝置出現(xiàn)問題可能會損壞設(shè)備，威脅電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中，合理配置和計算電廠內(nèi)發(fā)變組的繼電保護(hù)也就成為需要重視的內(nèi)容。本文就電廠發(fā)變組繼電保護(hù)分析及失磁保護(hù)展開探討。

關(guān)鍵詞：發(fā)變組;繼電保護(hù);失磁保護(hù)

引言

發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)具有完善的勵磁電流、發(fā)電機(jī)電壓和發(fā)電機(jī)過勵等保護(hù)限制措施。而發(fā)變組保護(hù)主要包括勵磁繞組過負(fù)荷以及發(fā)電機(jī)過電壓等。為確保機(jī)組正常運(yùn)行，需要對勵磁調(diào)節(jié)器以及發(fā)變組的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)完美的配合。

1發(fā)變組保護(hù)

（1）發(fā)電機(jī)差動保護(hù)。差動保護(hù)是發(fā)電機(jī)的主保護(hù)，通過比較機(jī)端電流互感器與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電流互感器二次同名相電流的大小及相位來實(shí)現(xiàn)。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)一般不直接接地，當(dāng)發(fā)生區(qū)內(nèi)故障時，有差動保護(hù)動作。（2）發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)不是向電網(wǎng)輸送而是從系統(tǒng)中吸收有功功率時，此時發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換成電動機(jī)，這種情況下不會對發(fā)電機(jī)造成損壞，但是汽輪機(jī)鼓出風(fēng)的摩擦可能導(dǎo)致機(jī)尾葉片過熱，對汽輪機(jī)造成破壞，因此逆功率保護(hù)是用于保護(hù)汽輪機(jī)。（3）發(fā)電機(jī)定子過電壓保護(hù)。定子繞組過電壓反應(yīng)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的大小，以保護(hù)發(fā)電機(jī)定子的絕緣。根據(jù)發(fā)電機(jī)的絕緣情況，其動作值一般取1.5倍額定電壓。（4）定子接地保護(hù)。定子發(fā)生接地故障后，故障點(diǎn)、對地電容、定子繞組與中性點(diǎn)構(gòu)成的回路流過接地電流。當(dāng)接地電流過大時，故障點(diǎn)形成電弧，產(chǎn)生的高溫會破壞絕緣與鐵芯。繞組點(diǎn)接地若沒有及時發(fā)現(xiàn)，發(fā)展成兩點(diǎn)接地故障時，就會產(chǎn)生匝間或相間短路故障，會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)發(fā)生更嚴(yán)重的后果。因此發(fā)電機(jī)需要裝設(shè)性能可靠、靈敏度高的接地保護(hù)。（5）發(fā)電機(jī)過負(fù)荷保護(hù)。發(fā)電機(jī)過負(fù)荷保護(hù)反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子熱積累的過程。發(fā)電機(jī)過負(fù)荷保護(hù)還包括定時限保護(hù)，一般設(shè)定為超過5秒動作于信號。發(fā)電機(jī)過熱性能較差，承受非對稱運(yùn)行能力低，需要采取適應(yīng)發(fā)電機(jī)的反時限過負(fù)荷保護(hù)。當(dāng)電流較小時，保護(hù)跳閘時限較長;當(dāng)電流數(shù)值較大時，保護(hù)能夠在更短的時間跳閘。（6）發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)。發(fā)電機(jī)勵磁系統(tǒng)非常復(fù)雜，失磁概率相對較高，一旦發(fā)生發(fā)電機(jī)失磁，會對系統(tǒng)造成危害。發(fā)電機(jī)失磁后，發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子發(fā)生過熱現(xiàn)象。因此，對于大型發(fā)電機(jī)都要配置專門的失磁保護(hù)。（7）發(fā)變組過激磁保護(hù)。變壓器過激磁運(yùn)行時，變壓器鐵芯會趨于飽和，勵磁電流急劇增加，同時波形產(chǎn)生畸變，變壓器內(nèi)部損耗增大、溫度升高，嚴(yán)重時可能發(fā)生鐵芯變形和絕緣介質(zhì)損傷。為確保變壓器的運(yùn)行安全，配置變壓器過激磁保護(hù)。

2發(fā)電機(jī)的失磁危害

發(fā)電機(jī)的全部勵磁電流或者是部分勵磁電流消失的現(xiàn)象被稱為失磁，引起發(fā)電機(jī)失磁的原因主要有：勵磁機(jī)故障、轉(zhuǎn)子繞組故障以及誤操作、勵磁系統(tǒng)中部分元件損壞等等。發(fā)電機(jī)失磁屬于發(fā)生頻率較高且影響嚴(yán)重的故障問題，發(fā)電機(jī)失磁故障對電網(wǎng)的運(yùn)行及發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)都有重要影響。一方面發(fā)電機(jī)機(jī)組需要在電網(wǎng)中吸收更多的感性無功功率，這也就容易使得系統(tǒng)電壓下降的情況更加突出，另外電力系統(tǒng)會造成電壓下降較多而出現(xiàn)瓦解的現(xiàn)象，另一方面，失磁的發(fā)電機(jī)容易對系統(tǒng)中相鄰機(jī)組的運(yùn)行情況造成比較大的影響，從而使得相鄰機(jī)組和系統(tǒng)間及系統(tǒng)各部分間的同步性不足。失磁情況下發(fā)電機(jī)組異步運(yùn)行能力受到一定程度上的限制。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子如果發(fā)生縱軸和橫軸方面不對稱的情況，也容易造成機(jī)組振蕩的情況，對機(jī)組安全運(yùn)行造成威脅。此外，發(fā)電機(jī)失磁還會對發(fā)電機(jī)本身造成一定的影響，失磁的發(fā)電機(jī)在異步運(yùn)行后，發(fā)電機(jī)的等效電抗降低，不斷地在系統(tǒng)吸收無功功率，產(chǎn)生的過電流導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出現(xiàn)定子過熱現(xiàn)象。重負(fù)荷失磁后，導(dǎo)致電機(jī)的轉(zhuǎn)矩以及有功功率發(fā)生劇烈擺動，這時就會有超過額定值的電磁轉(zhuǎn)矩通過發(fā)電機(jī)軸、定子傳到機(jī)座上，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)周期性的超速運(yùn)行，損壞發(fā)電機(jī)壽命。因此對發(fā)電機(jī)，尤其是大容量發(fā)電機(jī)需要加強(qiáng)失磁保護(hù)，避免發(fā)電機(jī)發(fā)生失磁故障的情況，

2.2發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)

2.2.1失磁保護(hù)配置方案

發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)配置方案選用轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)Ufd、低阻抗判據(jù)Z<、系統(tǒng)低電壓判據(jù)，三種失磁保護(hù)主判據(jù)，并采用PT斷線閉鎖作為輔助判據(jù)，構(gòu)建更加完善的低勵失磁保護(hù)方案。除了上述失磁保護(hù)配置方案之外，現(xiàn)階段廣泛應(yīng)用于大型火電發(fā)電機(jī)組的失磁保護(hù)配置方案還有靜穩(wěn)邊界圓發(fā)信、異步圓跳閘、低勵失磁保護(hù)等。低勵失磁保護(hù)方案主要考慮到轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)靈敏度太高，容易產(chǎn)生誤動。靜穩(wěn)圓與異步圓的方案原理基本一致，反映的都是機(jī)端感受阻抗，只不過靜穩(wěn)邊界圓相對異步圓的靈敏度更高，其動作速度也更快。假如采用靜穩(wěn)邊界圓發(fā)信再到減出力或采取措施就很難讓勵磁恢復(fù)正常，停機(jī)事故難以避免。此外，靜穩(wěn)圓、異步圓均采用定子側(cè)判據(jù)，可靠性不足。而轉(zhuǎn)子側(cè)判據(jù)是最直接的，任何低勵失磁故障均先來自轉(zhuǎn)子側(cè)再影響定子側(cè)最后波及系統(tǒng)側(cè)。

2.2.2發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)與勵磁系統(tǒng)限制器的配合

勵磁系統(tǒng)限制器和發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)聯(lián)系緊密，這兩組保護(hù)需相互配合才能發(fā)揮保護(hù)作用。一旦發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)與勵磁系統(tǒng)限制器之間的配合不合理，將可能造成失磁保護(hù)誤動。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷較輕時，失磁保護(hù)誤動的概率大大增加。失磁保護(hù)是指發(fā)電機(jī)出現(xiàn)失磁現(xiàn)象以后，系統(tǒng)的測量機(jī)端阻抗進(jìn)入異步圓的情況，其中減出力和廠用電間的切換是最主要的動作發(fā)生形式。當(dāng)?shù)蛣钕拗谱饔冒l(fā)揮時，勵磁電流就會比之前降低，當(dāng)這個電流值達(dá)到限制值增加和降低時勵磁電流處的勵磁電流值，運(yùn)行機(jī)組的極限值就會比靜穩(wěn)時的極限值更小。而通過確保發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)和勵磁系統(tǒng)限制器配合，就可以避免這種情況的發(fā)生。發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)和勵磁系統(tǒng)限制器配合需要遵循一定的原則，發(fā)電機(jī)從失磁轉(zhuǎn)變成失穩(wěn)時，測量機(jī)端的阻抗和功率都會變到限制低勵區(qū)的范圍之內(nèi)，從而得到失磁保護(hù)圓。對發(fā)電機(jī)進(jìn)行反復(fù)的試驗(yàn)，可以獲得更多的信息，根據(jù)低勵磁的限定信息進(jìn)行制定圖表。將低勵曲線的限制定值向下平移，大約10%的額定發(fā)電機(jī)處于無功的狀態(tài)。將靜態(tài)系統(tǒng)的儲備數(shù)值主要控制在10%～20%之間，參照誤差在5%～10%之間，設(shè)置可靠的系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，在這種情況下就可以得到相應(yīng)的失磁曲線發(fā)電機(jī)邊界靜穩(wěn)圓曲線。低勵發(fā)電機(jī)的限制定值跟失磁保護(hù)的靜穩(wěn)圓特點(diǎn)，其二者在P-Q內(nèi)相互融合匹配，當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)低勵或者失磁這一極端情況時，最開始會出現(xiàn)低勵的限定行為。其二者的行為特點(diǎn)匹配良好，裕度良好。

結(jié)語

繼電保護(hù)在火電廠的實(shí)際運(yùn)營中具有重要的作用，加強(qiáng)繼電保護(hù)是當(dāng)前電廠工作人員的責(zé)任。在我國電力裝置容量逐漸增大的情況下，發(fā)表組的繼電保護(hù)也受到較大影響，發(fā)展過程中面臨著一定的挑戰(zhàn)，這也就需要有效加強(qiáng)發(fā)變組繼電保護(hù)的工作的開展，使發(fā)變組的硬件裝置水平得到顯著提升。并結(jié)合理論與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)闡述發(fā)變組繼電保護(hù)的相關(guān)內(nèi)容，且關(guān)注失磁保護(hù)的相關(guān)內(nèi)容，概括得出發(fā)變組繼電保護(hù)的相關(guān)注意事項(xiàng)和配置的保護(hù)形式，同時分析發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的判定依據(jù)，從而得出保障機(jī)組及電網(wǎng)安全和穩(wěn)定運(yùn)行的相關(guān)模式。

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