水電廠發(fā)電機(jī)壓油系統(tǒng)充壓機(jī)械保護(hù)裝置改造研究

郭海濤

（新疆維吾爾自治區(qū)烏魯瓦提水利樞紐管理局，新疆 和田 848000）

電能本身容易與其他能量之間發(fā)生轉(zhuǎn)換，在使用自然能源作為發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)之后，電能更是成為了一種安全無(wú)污染的能量，因此各行各業(yè)都普遍使用電能作為動(dòng)力能源[1]。電力的穩(wěn)定運(yùn)行已經(jīng)成為了一種關(guān)系國(guó)家經(jīng)濟(jì)宏觀調(diào)控和穩(wěn)定發(fā)展的戰(zhàn)略性資源，一旦發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障，很有可能會(huì)引發(fā)大型經(jīng)濟(jì)危機(jī)[2]。因此，本文對(duì)水電廠發(fā)電機(jī)壓油系統(tǒng)充壓機(jī)械保護(hù)裝置進(jìn)行改造，使其在保證安全的前提下能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

1 保護(hù)裝置改造方案研究

綜合以上要求，并根據(jù)以往發(fā)電機(jī)電力系統(tǒng)的斷電分析，對(duì)發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置進(jìn)行改造，首先需要將以往的電器回路全部拆除，根據(jù)實(shí)際需要另行增加相應(yīng)的保護(hù)裝置，大致的過(guò)程如下文所述。

1.1 系統(tǒng)短路電流的計(jì)算

在系統(tǒng)短路電流的實(shí)際計(jì)算中，一般將200 MVA作為主機(jī)額定容量的基準(zhǔn)值，將主變電路首端的線路首段的額定電壓與主變電路末端的額定電壓作為參考值，因此當(dāng)Sj=200 MVA，Uj=10 kV，Ij=6.5 kV時(shí)，主變電路Xb=12.48%×100/150=0.083 2，兩個(gè)主機(jī)1F和2F的XG=0.19×0.85×150/50=0.484 5。

其中Sj為主機(jī)額定容量，Uj為主機(jī)額定電壓，Ij為主機(jī)額定電流。Xb為主變電路的超瞬變電抗，XG為兩個(gè)分電路的超瞬變電抗。

當(dāng)k1、k2發(fā)生短路，則兩個(gè)主機(jī)1F和2F提供的有效值為IG=15.4 kA，其中主機(jī)1F的分路電流IA=84 kA，主機(jī)2F的分路電流IB=46.75 kA。

1.2 速斷保護(hù)裝置的改造設(shè)計(jì)

對(duì)于水電廠發(fā)電機(jī)壓油系統(tǒng)充壓機(jī)械保護(hù)裝置改造方案如圖1所示。

圖1 保護(hù)裝置改造后效果圖

其中虛線部分是組合起來(lái)的保護(hù)裝置，F(xiàn)U為限流熔斷器，F(xiàn)R為電阻，其主要材料為氧化鋅。

1.3 三段時(shí)間特性設(shè)定

基于圖1的保護(hù)裝置改造方案設(shè)置該電路電流的三段時(shí)間特性，其單電源的故障模型如圖2所示。

圖2 單電源故障模型

本文基于水電廠發(fā)電機(jī)壓油系統(tǒng)充壓機(jī)械設(shè)計(jì)改造的保護(hù)裝置對(duì)電流進(jìn)行三段保護(hù)，根據(jù)詳細(xì)的測(cè)試數(shù)據(jù)，得到保護(hù)裝置的動(dòng)作時(shí)間分別為：故障電路電流速斷時(shí)間t1=0.1 s；故障電流反時(shí)速斷時(shí)間t2=0.7 s；故障電流限速保護(hù)時(shí)間t3=4 s，以上三個(gè)保護(hù)動(dòng)作根據(jù)時(shí)間的延長(zhǎng)其保護(hù)范圍也在相應(yīng)增長(zhǎng)，故障電路電流保護(hù)裝置的三段時(shí)間特性如圖3所示。

圖3 故障電路電流保護(hù)裝置的三段時(shí)間特性

因此可以得到，Ea=60.2∠0°，Eb=60.2∠120°，Ec=60.2∠-120 °，其電流為Ia=3.0∠0 °，Ib=3.0∠120°，Ic=60.2∠-120°。

根據(jù)k1、k2兩分路電流中的三段時(shí)間相對(duì)誤差，測(cè)定本文所述的改造方法是否能夠正常運(yùn)行。

2 仿真實(shí)驗(yàn)分析

在對(duì)水電廠發(fā)電機(jī)壓油系統(tǒng)充壓機(jī)械保護(hù)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)改造的過(guò)程中，由于此類裝置通電過(guò)大，直接進(jìn)行實(shí)例測(cè)試容易造成安全事故，因此，本文實(shí)驗(yàn)通過(guò)相關(guān)分析并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。通過(guò)與傳統(tǒng)水電廠發(fā)電機(jī)壓油系統(tǒng)充壓機(jī)械的保護(hù)裝置進(jìn)行比較，得到本實(shí)驗(yàn)方法對(duì)于傳統(tǒng)方法的優(yōu)勢(shì)。

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作

本實(shí)驗(yàn)所用發(fā)電機(jī)電力系統(tǒng)模型在Simulation環(huán)境下搭建，并通過(guò)MATLAB工程計(jì)算軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)值和圖形進(jìn)行計(jì)算與分析。首先在Simulation環(huán)境下建立一個(gè)故障模型，通過(guò)該模型分析故障參數(shù)。利用MATLAB軟件進(jìn)行仿真分析，當(dāng)系統(tǒng)開始進(jìn)行故障檢驗(yàn)時(shí)，其故障相為A相，利用MATLAB中設(shè)計(jì)好的故障發(fā)生器產(chǎn)生相應(yīng)的波形數(shù)據(jù)，將仿真實(shí)驗(yàn)的時(shí)間定為0 s～25 s之間，圖4為仿真實(shí)驗(yàn)的模擬路線。

圖4 仿真實(shí)驗(yàn)的模擬運(yùn)行路線

仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)整個(gè)仿真系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電機(jī)電力系統(tǒng)的整合分析，啟動(dòng)保護(hù)裝置，讀入初始文件，記錄整個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生的所有數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行分析。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在k1、k2兩分路電流中分別使用5.00 A和8.00 A作為額定電流，在模擬裝置中進(jìn)行測(cè)試。

本文所用方法與傳統(tǒng)方法在動(dòng)作時(shí)間1段～3段的電流相對(duì)誤差如上表所示，根據(jù)電流相對(duì)誤差不能大于3 %的原則，可以計(jì)算得到當(dāng)電流整定值為5.00 A時(shí)，誤差不能大于0.15 A，當(dāng)電流整定值為8.00 A時(shí)，誤差不能大于0.24 A。則從表1可知，本文方法所進(jìn)行的仿真實(shí)驗(yàn)無(wú)論其電流是5.00 A還是8.00A都可以通過(guò)測(cè)試，傳統(tǒng)方法只能在電流為8.00 A時(shí)方能通過(guò)測(cè)試，額定電流為5.00 A時(shí)均不能通過(guò)測(cè)試。

3 結(jié)語(yǔ)

保護(hù)裝置的作用是在發(fā)電及電力系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)，能夠基于安全效能將電力系統(tǒng)中的故障準(zhǔn)確排除，傳統(tǒng)發(fā)電保護(hù)裝置只能將電力切斷造成停電，然后等待維修人員自動(dòng)上門檢查。本文提出的保護(hù)裝置改造對(duì)發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置的控制回路進(jìn)行完善，減少停電跳閘所造成的停產(chǎn)事故，保障了各工廠的經(jīng)濟(jì)效益，避免了不必要的損失。因此本文所述的保護(hù)裝置改造方案具有一定的應(yīng)用價(jià)值。