發(fā)變組繼電保護分析及失磁保護措施探究

國能織金發(fā)電有限公司 貴州 畢節(jié) 552106

1 引言

在發(fā)電企業(yè)中，繼電保護的主要作用就是在系統(tǒng)或設備出現(xiàn)故障時發(fā)揮其保護作用，將故障部位或設備隔離來保障其他設備和系統(tǒng)的正常運行。尤其針對發(fā)電企業(yè)中的發(fā)變組來說，也就是發(fā)電機-變壓器組，其配置的保護類型較多，同時針對規(guī)模不斷擴大的發(fā)電企業(yè)和電網(wǎng)系統(tǒng)，對發(fā)變組繼電保護的要求也不斷提高，需要更加科學的開展整定計算和保護配置工作。針對其中頻率最高的發(fā)電機失磁問題，表現(xiàn)出感應電動勢的減小以及發(fā)電機與系統(tǒng)之間功角的增加，從而影響發(fā)電機的安全穩(wěn)定運行。為此文章就針對發(fā)變組繼電保護和發(fā)電機失磁保護進行研究。

2 發(fā)變組保護原理

一是針對發(fā)電機的主保護也就是差動保護來說，主要是對機端電流互感器和發(fā)電機中心點電流互感器二次同名相的電流大小和相位對比來起到保護作用。二是針對逆功率保護來說，是一種保護汽輪機的保護方式，在發(fā)電機從系統(tǒng)吸收有功功率時切換為電動機運行方式來保護電動機。三是定子過電壓保護，針對可以反映發(fā)電機極端電壓大小的過電壓情況，可以結(jié)合發(fā)電機絕緣情況將動作值設定為額定電壓的1.5倍來起到保護作用。四是針對接地保護來說，針對接地故障發(fā)生時產(chǎn)生的接地電流，在過大時會在故障點形成電弧而燒壞絕緣和鐵芯。還會由于沒有及時發(fā)現(xiàn)繞組點接地而導致兩點接地故障，引發(fā)匝間和相間短路，則需要通過接地保護來預防上述問題。

3 發(fā)變組繼電保護配置及分析

3.1 發(fā)電機繼電保護配置 目前針對發(fā)變組運行中容易出現(xiàn)的機組定子繞組和引發(fā)的相間短路故障，主要采用的發(fā)電繼電保護為接地保護，避免發(fā)電機接地故障超過規(guī)定數(shù)值。而由于發(fā)變組中的發(fā)電機和變壓器的結(jié)構(gòu)較為復雜和特殊，增加了對發(fā)電機的繼電保護配置難度。目前比較常采取主保護和后備保護裝置來保障發(fā)電機和變壓器的安全運行。同時為了避免出現(xiàn)發(fā)電機定子繞組的過電壓問題，還采取了過電壓保護。而針對發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組接地故障則配置了轉(zhuǎn)子接地保護。針對低勵失磁故障則配置了失磁保護。此外，針對容量較大的發(fā)電機，為了避免出現(xiàn)系統(tǒng)震蕩問題而影響機組安全還要配置失步保護，針對發(fā)電極低頻或過頻問題還要配置頻率保護，針對發(fā)電機低速運行時的短路故障則需要配置啟停機保護。

3.2 變壓器繼電保護配置 針對發(fā)變組中的變壓器，需要結(jié)合其容量和常見故障來配置繼電保護。比如針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差動保護，針對變壓器外部故障配置了過電流保護或阻抗保護，針對變壓器過負荷運行問題配置了過負荷保護。針對變壓器過激磁運行問題配置了過激磁保護。還針對變壓器運行中容易出現(xiàn)的內(nèi)部繞組溫升異常或者冷卻系統(tǒng)故障則需要配置報警保護或者跳閘保護等。

4 發(fā)電機失磁保護及措施

4.1 發(fā)電機失磁危害 發(fā)電機失磁現(xiàn)象表現(xiàn)為全部勵磁電流消失或者部分勵磁電流消失，屬于發(fā)電機運行中比較常見的故障類型，此故障所造成的危害主要體現(xiàn)在以下幾個方面:一是由于發(fā)電機組運行中需要從電網(wǎng)中吸收感性無功公路，如果出現(xiàn)發(fā)電機失磁現(xiàn)象則會加劇電壓下降情況而造成瓦解問題。二是發(fā)電機失磁現(xiàn)象會對相鄰機組的運行情況造成較大影響，導致相鄰機組和系統(tǒng)之間、系統(tǒng)不同部分之間的同步性較差，進而會降低發(fā)電機組的異步運行能力。此時如果伴隨有發(fā)電機轉(zhuǎn)子縱軸和橫軸不對稱的問題，還會增加機組振蕩的概率，影響機組的安全運行。此外，此問題還會導致發(fā)電機在異步運行時等效電抗的降低，在不斷吸收系統(tǒng)中的無功功率過程中會產(chǎn)生過電流，因此會引發(fā)定子過熱問題。如果負荷比較重，更是會加劇發(fā)電機轉(zhuǎn)矩和有功功率的擺動，這就會導致超過額定值的電磁轉(zhuǎn)矩通過發(fā)電機軸和定子向機座上傳遞，進而會引發(fā)發(fā)電機周期性超速問題，導致發(fā)電機使用壽命縮短。

4.2 發(fā)電機失磁保護配置 目前比較常用的發(fā)電機失磁保護所依據(jù)的主判定依據(jù)有以下內(nèi)容:一是依據(jù)發(fā)電機等勵磁電壓和變勵磁電壓等轉(zhuǎn)子低電壓判定方式。二是將機端低電壓和主變高壓側(cè)低電壓作為判定依據(jù)。三是將異步邊界阻抗圓特性和靜穩(wěn)邊界阻抗元特性等極端定子阻抗作為判定依據(jù)。四是將逆無功和定子過電流作為判定依據(jù)。此外，還有以下輔助判定依據(jù):比如將發(fā)電機的機端與主變高壓側(cè)的短路故障、系統(tǒng)震蕩現(xiàn)象等誤動情況作為判定依據(jù)。在實際的判定過程中主要將上述主判定依據(jù)和輔助判定依據(jù)結(jié)合，比如將以下輔助判定依據(jù)與主判定依據(jù)結(jié)合，分別是有勵磁電壓降低；無功功率的方向改變以及不出現(xiàn)負序分量等。

此外，還會將失磁保護設置在部分保護中黃紙中，通常要設置3、4段選擇不同判定組合的失磁保護，在不同類型的失磁保護中，都將AER作為重要部分，發(fā)揮其低勵限制和保護功能。通過發(fā)電機失磁保護有助于促進二者配合并減少停機次數(shù)，保障發(fā)電機組的穩(wěn)定與可靠運行。將二者結(jié)合的具體方式為:先發(fā)揮AER的限制作用，如果其無法恢復正常工況則會延時動作，如果延時之后還無法恢復，此時就會啟動失磁保護。由于發(fā)電機定子繞組端的發(fā)熱和發(fā)電機的靜穩(wěn)極限限制發(fā)電機在正常范圍內(nèi)的運行能力，這就需要采取試驗方式來確定新建機組的發(fā)電進相范圍。如果在發(fā)電機勵磁電流下降時就會啟動AER低勵限制并幫助其回復正常，避免勵磁電流繼續(xù)下降。同時還可以使得所吸收感性無功功率的減少，減少停機次數(shù)，保障發(fā)電機以及整個電廠的穩(wěn)定運行。

5 結(jié)語

在發(fā)電廠運行中針對其中比較重要的發(fā)電機和變壓器，采取繼電保護的方式有助于在出現(xiàn)系統(tǒng)和設備故障時保障其安全運行。但是由于發(fā)電機組容量的增加，給發(fā)變組繼電保護的要求也隨之提高，這就需要提升發(fā)變組繼電保護的硬件水平，合理配置各種保護形勢，有效保障發(fā)變機組以及整個電網(wǎng)和發(fā)電系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行。