變壓器繼電保護(hù)分析及失磁保護(hù)

劉慶

摘要：發(fā)電廠中的發(fā)電機(jī)和變壓器定值等在計算的時候，如果出現(xiàn)計算不當(dāng)?shù)葐栴}就會出現(xiàn)嚴(yán)重后果，也會造成電氣設(shè)備損壞，甚至造成電力系統(tǒng)瓦解。在電力系統(tǒng)快速發(fā)展的過程中，全國各地電網(wǎng)聯(lián)系也更加密切，大型發(fā)電機(jī)組對電力系統(tǒng)的作用也較為突出，對變壓器繼電保護(hù)的要求明顯提高，需要具備更加科學(xué)有效的整定計算和保護(hù)配置，對保護(hù)裝置應(yīng)用水平有效提升。同時發(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，當(dāng)發(fā)電機(jī)失磁的時候，感應(yīng)電動勢會不斷減小，使得發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)間的功角增大，兩者異步運(yùn)行，發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行受到影響，進(jìn)而影響電廠的正常運(yùn)行。發(fā)變機(jī)組在電廠的運(yùn)行中處于重要的位置，如果出現(xiàn)故障就會對整個的電力供應(yīng)產(chǎn)生影響，因此，科學(xué)合理的配置保護(hù)系統(tǒng)是確保機(jī)組安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：變壓器;繼電保護(hù);失磁保護(hù)

1 變壓器繼電保護(hù)配置探討

1.1 發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)配置

發(fā)電機(jī)對系統(tǒng)的正常運(yùn)行及電能質(zhì)量有重要的作用，因此，要加強(qiáng)對發(fā)電機(jī)的保護(hù)。在對其保護(hù)的時候，多數(shù)要對1兆瓦以上容量機(jī)組的定子繞組及其引發(fā)的線相間短路故障問題加以解決，當(dāng)發(fā)電機(jī)接地故障電流大于規(guī)定值時，要采取相應(yīng)的接地保護(hù)。發(fā)電機(jī)和變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其出現(xiàn)故障的部位及類型等方面都存在著特殊性，這也就造成發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)配置保護(hù)難度較高。因此，一臺發(fā)電機(jī)或變壓器都需要配置數(shù)目較多的主保護(hù)和后備保護(hù)裝置，使電力系統(tǒng)的運(yùn)行更加安全有效。發(fā)電機(jī)定子繞組出現(xiàn)的過電壓情況，要采取相應(yīng)的過電壓保護(hù);配置轉(zhuǎn)子接地保護(hù)，應(yīng)對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組接地故障;配置失磁保護(hù)應(yīng)對低勵失磁故障;對于300MW以上容量的發(fā)電機(jī)，要配置失步保護(hù)來防止其系統(tǒng)震蕩影響機(jī)組安全，配置頻率保護(hù)來防止發(fā)電機(jī)低頻或者過頻運(yùn)行，配置啟停機(jī)保護(hù)來防止發(fā)電機(jī)低速運(yùn)行的短路故障等。

1.2 變壓器繼電保護(hù)裝置

變壓器是電廠內(nèi)的重要設(shè)備，變壓器的可靠運(yùn)行對電廠的系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行以及供電可靠性具有重要的作用。為了確保變壓器的安全運(yùn)行，需要根據(jù)變壓器的容量以及常見故障進(jìn)行繼電保護(hù)，配備性能良好，符合工況要求的繼電保護(hù)裝置。常用的保護(hù)形式主要有：配置差動保護(hù)來應(yīng)對變壓器大電流接地系統(tǒng)側(cè)繞組和引出線的短路故障;配置過電流保護(hù)或者阻抗保護(hù)來防止變壓器外部故障造成的其他部件的損壞;配置過負(fù)荷保護(hù)來防止變壓器過負(fù)荷運(yùn)行;過激磁保護(hù)來防止變壓器過激磁運(yùn)行等。對于變壓器內(nèi)部的繞組溫度升高以及冷卻系統(tǒng)故障等要根據(jù)實(shí)際要求，配置報警保護(hù)或者是跳閘的保護(hù)。一般來講，變壓器內(nèi)部以及引出線上短路性質(zhì)故障保護(hù)為主保護(hù)，其他的保護(hù)為輔助保護(hù)。主保護(hù)動作沒有延時，一般情況下是通過全停來實(shí)現(xiàn)的，而輔助保護(hù)不同于主保護(hù)，輔助保護(hù)是根據(jù)具體的情況發(fā)出警報信號，或者是通過延時跳開一側(cè)或某側(cè)的斷路器實(shí)現(xiàn)的。

2 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)研究

2.1 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)

傳統(tǒng)的失磁保護(hù)主判定依據(jù)主要有：第一，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子低電壓判定，主要的判別依據(jù)是等勵磁電壓以及變勵磁電壓等。第二，二相同時低電壓判定，主要判定依據(jù)包括機(jī)端低電壓以及主變高壓側(cè)低電壓。第三是發(fā)電機(jī)機(jī)端定子阻抗判定，主要有異步邊界阻抗圓特性以及靜穩(wěn)邊界阻抗圓特性。第四，逆無功判定，主要是通過逆無功以及定子過電流來對失磁故障進(jìn)行判定。除了以上的判定依據(jù)外，一般還采用輔助依據(jù)來進(jìn)行發(fā)電機(jī)的失磁判定。在發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中，發(fā)電機(jī)的機(jī)端與主變高壓側(cè)有可能會發(fā)生短路故障，或者是系統(tǒng)震蕩的情況下，采用失磁保護(hù)的主要判定依據(jù)可能會發(fā)生誤動的情況，因此，在實(shí)際的失磁保護(hù)判定中還經(jīng)常使用輔助判定依據(jù)和主判定依據(jù)結(jié)合的方式來進(jìn)行有效的判定。常用的輔助判定依據(jù)主要有勵磁電壓降低;無功功率的方向改變以及不出現(xiàn)負(fù)序分量等。

有的保護(hù)裝置會設(shè)置一些失磁保護(hù)，設(shè)置三段或者四段失磁保護(hù)，每段保護(hù)都選擇不同的判定組合。但不管是采用哪種的勵磁方式，AER都是其重要的組成部分，因?yàn)锳ER裝置具備低勵限制以及保護(hù)功能，發(fā)電機(jī)也有失磁保護(hù)，因而促進(jìn)兩者之間的有效配合就可以在很大程度上減少不必要的停機(jī)操作，保證了發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。兩者有效的配合的順序是，AER先進(jìn)行限制，限制之后AER在不能正常恢復(fù)工況的情況下，AER的延時就會動作，延時之后還不能恢復(fù)正常工況的情況下，繼電保護(hù)的失磁保護(hù)就會啟動，起到保護(hù)的作用。發(fā)電機(jī)在正常的進(jìn)相范圍內(nèi)運(yùn)行時，運(yùn)行能力受發(fā)電機(jī)定子繞組端的發(fā)熱以及發(fā)電機(jī)的靜穩(wěn)極限限制，因此，新建的機(jī)組要通過實(shí)驗(yàn)來確定發(fā)電機(jī)的進(jìn)相范圍。AER低勵限制就是當(dāng)發(fā)電機(jī)勵磁電流下降時，AER的低勵限制就會動作，恢復(fù)AER到正常工作狀態(tài)，限制勵磁電流的進(jìn)一步下降，同時，減少發(fā)電機(jī)對于感性無功功率的吸收，保證發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行，減少不必要的停機(jī)，保證電廠能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

3 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)電組的繼電保護(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)變壓器繼電保護(hù)的工作的開展，使變壓器的硬件裝置水平得到顯著提升。結(jié)合項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)闡述變壓器繼電保護(hù)的相關(guān)內(nèi)容，且關(guān)注失磁保護(hù)的相關(guān)內(nèi)容，概括得出變壓器繼電保護(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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