大型水輪發(fā)電機失步保護邏輯校驗方式

李浩浩，馬小雯，陳 容

（中國長江電力股份有限公司烏東德水力發(fā)電廠，云南祿勸 651512）

當(dāng)發(fā)電機正常運行時，發(fā)電機與電力系統(tǒng)的電動勢以同樣的工頻角頻率旋轉(zhuǎn)，之間的相位差維持不變，發(fā)電機處于同步穩(wěn)定運行狀態(tài)。如果受到某種干擾，發(fā)電機與系統(tǒng)之間的電動勢以不同的角頻率旋轉(zhuǎn)，線路兩側(cè)電動勢相位差不斷變化，此時稱作發(fā)電機失步［1－2］。由于大型水輪發(fā)電機等值電抗較大，之相聯(lián)的系統(tǒng)等值電抗卻往往很小，一旦發(fā)生系統(tǒng)振蕩，振蕩中心往往落在發(fā)電機機端附近，使電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行受到嚴重威脅，因此采取更為準(zhǔn)確的校驗方式，確保邏輯的正確性，可有效提高失步保護的正確動作率，及時切除失步運行的機組，降低對系統(tǒng)的影響［3］。

1 失步保護工作原理

以南瑞繼電保護PCS－985GW保護裝置為例，其失步保護阻抗元件采用發(fā)電機正序電壓、正序電流進行邏輯計算，能夠靈敏反映由各種故障導(dǎo)致的發(fā)電機失步運行工況。

保護采用三元件失步繼電器動作特性如圖1所示。

如圖1所示，Za為阻抗透鏡的上端阻抗；Zb為阻抗透鏡的下端阻抗；Zc為阻抗透鏡的電抗線阻抗。第一部分是透鏡特性，它把阻抗平面分成透鏡內(nèi)的部分I和透鏡外的部分O。第二部分是遮擋器特性，它把阻抗平面分成左半部分L和右半部分R。兩種特性的結(jié)合，把阻抗平面分成四個區(qū)OL、IL、IR、OR，阻抗軌跡順序穿過四個區(qū)（OL→IL→IR→OR或OR→IR→IL→OL），并在每個區(qū)停留時間大于一時限，則保護判為發(fā)電機失步振蕩。每順序穿過一次，保護的滑極計數(shù)加1，到達整定次數(shù)，保護動作。

第三部分特性是電抗線，它把動作區(qū)一分為二，電抗線以上為Ⅰ段（U），電抗線以下為Ⅱ段（D）。阻抗軌跡順序穿過四個區(qū)時位于電抗線以下，則認為振蕩中心位于發(fā)電機－變壓器組內(nèi)，位于電抗線以上，則認為振蕩中心位于發(fā)電機－變壓器組外。其邏輯圖如圖2所示［4］。

2 失步保護典型校驗方法

根據(jù)失步保護工作原理，我們在校驗失步保護時，需要確定透鏡特性及電抗線的范圍，當(dāng)透鏡內(nèi)角及靈敏角確定時，只需校驗Za、Zb和Zc的值與定值相符即可。在常規(guī)的邏輯校驗中，通常有以下三種方式。

2.1 ±5%誤差校驗法

由于繼電保護允許定值誤差為±5%，因此我們在校驗定值時，往往通過繼電保護測試儀向保護裝置輸入95%倍定值的電氣量，保護動作（不動作），輸入105%倍定值的電氣量，保護不動作（動作），由此可判斷設(shè)備定值滿足誤差要求。在校驗失步保護Za、Zb的值時，同樣可以采取上述方法：用繼電保護試驗儀輸出電壓、電流至發(fā)電機保護盤相應(yīng)機端PT、CT端子的內(nèi)側(cè)，保證電壓和電流的比值分別為定值的95%倍及105%倍，電流的角度保持不便，改變電壓的角度，從而得到機端視在阻抗隨時間變化的軌跡圖。以校驗Za為例，通過上述方式得到的視在阻抗軌跡如圖3所示［4］。

由圖易得，當(dāng)電壓和電流的比值為95%Za時，其視在阻抗軌跡穿過了透鏡特性，裝置顯示外部滑極計數(shù)加1；當(dāng)電壓和電流的比值為105%Za時，其視在阻抗軌跡繞過了透鏡特性，裝置顯示滑無變化，從而可以準(zhǔn)確校驗出Za的值。

如果校驗Zc仍采取該方式，顯然易得95%Zc視在阻抗軌跡依次經(jīng)過OL、IL、IR、OR四個區(qū)域，裝置顯示為區(qū)內(nèi)滑級計數(shù)加1，但是105%Zc視在阻抗軌跡可能如圖4所示的情況。

根據(jù)圖4可以發(fā)現(xiàn)105%Zc視在阻抗軌跡雖然有一部分越過了電抗線，但仍然經(jīng)過了OL、IL、IR、OR四個區(qū)域，裝置顯示同95%Zc的情況一樣，區(qū)內(nèi)滑級計數(shù)加1。因此±5%誤差校驗法只能準(zhǔn)確校驗Za、Zb，對于Zc的校驗并不準(zhǔn)確。

2.2 繼電保護試驗儀振蕩模塊校驗法

該方法是使用繼電保護試驗儀的振蕩模塊，根據(jù)失步保護定值對相關(guān)參數(shù)進行設(shè)置，設(shè)定成功后，試驗儀軟件顯示出振蕩過程中機端視在阻抗隨時間變化軌跡圖，進而對失步保護進行測試。但是該方法對繼電保護試驗儀的要求較高，如果使用的繼電保護試驗儀不具備相關(guān)功能，則無法采取該方法校驗失步保護邏輯，因此不具備泛用性［5］。

2.3 選點校驗法

該方法是利用繼電保護試驗儀的狀態(tài)序列模塊進行調(diào)試。通常通過狀態(tài)序列模塊新建4個狀態(tài)，每一個狀態(tài)分別對應(yīng)OL、IL、IR、OR四個區(qū)域中的某一個點，每個狀態(tài)持續(xù)時間大于一時限，從而模擬阻抗軌跡順序穿過四個區(qū)域，使裝置滑極計數(shù)發(fā)生變化。但是該方法只是簡單驗證保護邏輯，并不能準(zhǔn)確校驗定值，通常只在年度檢修時采用，當(dāng)檢修要求較高時并不適用［6］。

3 失步保護新型校驗方法

為了解決±5%誤差校驗法無法準(zhǔn)確校驗電抗線阻抗Zc的問題，本文采取校驗相交點阻抗Z′c的方式間接校驗電抗線阻抗Zc，Z′c定義為電抗線與透鏡相交點的阻抗，其示意圖如圖5所示。

采取±5%誤差校驗法對相交點阻抗Z′c進行校驗，可得出105%Z′c軌跡和95%Z′c軌跡分別如圖6所示。容易看出，105%Z′c軌跡經(jīng)過了電抗線上方四個區(qū)域，但是電抗線下方只經(jīng)過了OR和OL兩個區(qū)域，裝置顯示外部滑極計數(shù)加1；95%Z′c軌跡經(jīng)過OL、IL、IR、OR四個區(qū)域，裝置顯示為區(qū)內(nèi)滑級計數(shù)加1。因此，±5%誤差校驗法可以準(zhǔn)確校驗Z′c。

接下來計算相交點阻抗Z′c的表達式，由定值可知透鏡內(nèi)角θ、Za、Zb、Zc的值，計算Z′c可以等效如圖7所示，有：

OA＝Zb，OC＝Zc，OD＝Za，Z′c＝OF

由圖易得：

通常情況下，透鏡內(nèi)角θ取120°，則上式變?yōu)椋?/p>

在進行失步保護調(diào)試時，只需將定值單里Za、Zb、Zc的值代入，得到相交點阻抗Z′c的值，隨即采取±5%誤差校驗法校驗Z′c即可。

4 結(jié) 語

在調(diào)試失步保護時，對于阻抗透鏡的上端阻抗Za、阻抗透鏡的下端阻抗Zb均可使用±5%誤差校驗法進行校驗，但是在校驗電抗線阻抗Zc時應(yīng)采取間接校驗方式，校驗相交點阻抗Z′c，才能保證校驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。