劉 志

(重慶發(fā)電廠，重慶 400053)

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汽輪發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)運(yùn)行問(wèn)題分析

劉 志

(重慶發(fā)電廠，重慶 400053)

根據(jù)當(dāng)前大中型發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)裝置的配置及運(yùn)行情況，分別就發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)，零序電壓定子繞組接地保護(hù)等裝置在投運(yùn)后，因設(shè)計(jì)、整定考慮不周或運(yùn)行維護(hù)不到位，致使保護(hù)裝置不能正確反應(yīng)機(jī)組異常運(yùn)行情況或拒動(dòng)問(wèn)題，提出改進(jìn)建議。

發(fā)電機(jī)組；保護(hù)；問(wèn)題；淺析

發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行對(duì)保證電力系統(tǒng)的正常工作和電能質(zhì)量起著決定性作用。針對(duì)發(fā)電機(jī)各種不同故障形式和異常運(yùn)行方式，應(yīng)裝設(shè)性能完善的保護(hù)裝置來(lái)切除各種故障以及反映各種異常運(yùn)行方式，從而減少對(duì)發(fā)電機(jī)及電力系統(tǒng)的損害。因此，作為機(jī)組內(nèi)部故障及異常運(yùn)行的保護(hù)裝置，應(yīng)精心設(shè)計(jì)并完善保護(hù)配置，認(rèn)真整定和嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)調(diào)試，確保機(jī)組保護(hù)正確動(dòng)作。

1 發(fā)電機(jī)-變壓器組保護(hù)配置情況[1]

大機(jī)組電氣保護(hù)可以分為短路保護(hù)和異常運(yùn)行保護(hù)。因此，在配置大機(jī)組保護(hù)時(shí)應(yīng)最大限度地保證機(jī)組安全和最大限度地縮小故障破壞范圍，避免保護(hù)裝置誤動(dòng)和拒動(dòng)。

1)發(fā)電機(jī)組的短路保護(hù)：發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)、主變差動(dòng)保護(hù)、高廠變差動(dòng)保護(hù)、勵(lì)磁變差動(dòng)保護(hù)、發(fā)電機(jī)定子匝間保護(hù)、主變零序保護(hù)、全阻抗保護(hù)、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路兩點(diǎn)接地保護(hù)、高廠變復(fù)壓過(guò)流保護(hù)、勵(lì)磁變復(fù)壓過(guò)流保護(hù)等。

2)發(fā)電機(jī)組的異常運(yùn)行保護(hù)：發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)、過(guò)激磁保護(hù)、對(duì)稱過(guò)負(fù)荷保護(hù)、不對(duì)稱過(guò)負(fù)荷保護(hù)(負(fù)序過(guò)負(fù)荷保護(hù))、發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)、低頻保護(hù)、發(fā)電機(jī)過(guò)電壓保護(hù)、發(fā)電機(jī)失步保護(hù)、發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)、發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行保護(hù)、勵(lì)磁回路過(guò)負(fù)荷保護(hù)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)、發(fā)電機(jī)意外突加電壓保護(hù)等。

3)發(fā)電機(jī)組的非電量保護(hù)：變壓器瓦斯保護(hù)、主變冷卻器全停、變壓器壓力釋放、變壓器繞組溫度、熱工保護(hù)等。

2 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)

發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)是發(fā)電機(jī)異常運(yùn)行保護(hù)，如果發(fā)電機(jī)在重負(fù)荷下失磁，則有功會(huì)劇烈波動(dòng)，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)差增大，致使轉(zhuǎn)子超速。若不采取有效措施，一方面發(fā)電機(jī)將因轉(zhuǎn)子與定子間出現(xiàn)速度差，在轉(zhuǎn)子回路中感應(yīng)出轉(zhuǎn)差頻率的電流，引起轉(zhuǎn)子局部過(guò)熱，發(fā)電機(jī)還會(huì)受到交變的異步電磁力矩的沖擊，進(jìn)而發(fā)生振動(dòng)，轉(zhuǎn)差越大，振動(dòng)也越大；另一方面發(fā)電機(jī)失磁后從系統(tǒng)中吸收無(wú)功，將造成系統(tǒng)電壓下降，而且為了滿足系統(tǒng)無(wú)功需求，可能造成系統(tǒng)中其他發(fā)電機(jī)過(guò)流。因此，發(fā)電機(jī)失磁后應(yīng)立即減發(fā)電機(jī)出力，根據(jù)部分機(jī)組運(yùn)行試驗(yàn)的結(jié)果，要求發(fā)電機(jī)在失磁30 s內(nèi)將有功減至0.6標(biāo)么值，2 min內(nèi)將有功減至0.4標(biāo)么值[3]。這對(duì)自動(dòng)減負(fù)荷裝置要求較高，特別對(duì)運(yùn)行較久的機(jī)組來(lái)說(shuō)實(shí)行起來(lái)較困難。

1) 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的構(gòu)成

某發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的邏輯框圖如圖1所示。該保護(hù)裝置中，采集了發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、電流，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓以及系統(tǒng)電壓。其判據(jù)有UL-P元件、機(jī)端阻抗元件、電流元件、系統(tǒng)低電壓元件。

圖1 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的邏輯框圖

2) 保護(hù)動(dòng)作行為分析

在設(shè)計(jì)保護(hù)裝置的安裝接線圖時(shí)，將T1設(shè)為發(fā)信，T2設(shè)為切換廠用電，T3設(shè)為出口解列。由于系統(tǒng)容量不斷增大，各系統(tǒng)間聯(lián)系又很緊密，即使出現(xiàn)較大容量的單機(jī)失磁也不會(huì)造成系統(tǒng)電壓大幅度下降。按上述接線方式進(jìn)行的失磁保護(hù)動(dòng)作出口后不會(huì)解列機(jī)組。如果機(jī)組減出力較慢，就會(huì)使轉(zhuǎn)子滑差增大，致使轉(zhuǎn)子超速。在此過(guò)程中有功會(huì)劇烈波動(dòng)，這種情況下汽機(jī)超速保護(hù)動(dòng)作關(guān)閉主汽門，發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)動(dòng)作解列機(jī)組。

3) 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的出口方式

在發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)整定中考慮以下幾個(gè)因素：

①處于負(fù)荷中心的發(fā)電廠，發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)宜設(shè)計(jì)I段不經(jīng)低電壓閉鎖，而由阻抗繼電器和其他判據(jù)(如轉(zhuǎn)子低電壓)“與”后延時(shí)出口跳閘。

②失磁保護(hù)應(yīng)在較短時(shí)間內(nèi)切換廠用電，以防止機(jī)組失磁運(yùn)行造成廠用設(shè)備故障。

③應(yīng)認(rèn)真校核發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的整定范圍及低勵(lì)限制特性，防止發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)失磁保護(hù)誤動(dòng)作。

3 發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)

發(fā)電機(jī)定子單相接地是發(fā)電機(jī)較常見(jiàn)的故障之一，由于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不接地或經(jīng)高阻抗接地。因此，在發(fā)電機(jī)定子單相接地時(shí)不會(huì)出現(xiàn)較大的故障電流。然而，隨著單機(jī)容量的增大，為了防止定子單相接地時(shí)電容電流燒傷定子鐵芯以及接地故障擴(kuò)大為相間或匝間短路，現(xiàn)行運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)，大部分采用基波零序電壓和三次諧波構(gòu)成定子100%接地保護(hù)。

3.1 基波零序型發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)的構(gòu)成

某基波零序型發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)的邏輯框圖如圖2所示。該保護(hù)裝置采集了發(fā)電機(jī)機(jī)端零序電壓和發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)零序電壓，其判據(jù)有基波零序電壓元件和三次諧波元件。

圖2 基波零序型發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)的邏輯框圖

3.2 影響保護(hù)裝置的有關(guān)問(wèn)題

3.2.1 防止基波零序電壓元件拒動(dòng)

由圖2可知，基波零序電壓取自中性點(diǎn)TV或配電變壓器二次側(cè)，雖然沒(méi)有熔斷器故障的問(wèn)題出現(xiàn)，但是在中性點(diǎn)TV或配電變壓器的一次側(cè)有隔離開(kāi)關(guān)存在，機(jī)組正常運(yùn)行中無(wú)電氣量或開(kāi)關(guān)狀態(tài)可監(jiān)視中性點(diǎn)TV或配電變壓器的一次側(cè)是否接觸良好。因此，機(jī)組停運(yùn)后應(yīng)加強(qiáng)檢查，防止因?yàn)楦綦x開(kāi)關(guān)未合上或接觸不良造成基波零序電壓元件拒動(dòng)。

3.2.2 防止基波零序電壓元件誤動(dòng)

在整定中，往往希望基波零序電壓接地保護(hù)有很大的保護(hù)區(qū)，將零序電壓動(dòng)作值整定較小，在下列情況下保護(hù)裝置有可能誤動(dòng)作。

1)大型機(jī)組一般采用單元制接線，在變壓器高壓側(cè)發(fā)生不對(duì)稱接地短路時(shí)，由于變壓器高、低壓側(cè)間耦合電容的存在，會(huì)將基波零序電壓傳遞到機(jī)端，從而出現(xiàn)零序電壓，若大于保護(hù)裝置定值時(shí)，保護(hù)誤動(dòng)作。

2)在廠用系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，由于廠用變壓器高、低壓側(cè)間耦合電容的存在，會(huì)將基波零序電壓傳遞到機(jī)端，從而出現(xiàn)零序電壓，若大于保護(hù)裝置定值時(shí)，保護(hù)誤動(dòng)作。

3)發(fā)電機(jī)三相對(duì)地電容不等，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，造成中性點(diǎn)電位位移，可能使保護(hù)裝置誤動(dòng)作。

因此在整定時(shí)，整定電壓與延時(shí)兩個(gè)方面要考慮與系統(tǒng)接地保護(hù)配合。

3.2.3 基波零序電壓整定值的設(shè)置為低定值段和高定值段[2]

1)低定值段

按躲過(guò)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)的最大不平衡基波零序電壓整定。

Uop=KrelU0.max

式中：Krel為可靠系數(shù)，取1.2～1.3；U0.max為實(shí)測(cè)不平衡基波零序電壓。并應(yīng)考慮以下問(wèn)題：

①若該整定電壓已躲過(guò)主變壓器高、低壓側(cè)間耦合到機(jī)端的基波零序電壓，動(dòng)作時(shí)限可取0.3～1 s；

②具有變壓器高壓側(cè)發(fā)生接地故障和廠用系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障傳遞過(guò)電壓防誤動(dòng)措施的保護(hù)裝置，動(dòng)作時(shí)限可取0.3～1 s；

③若該整定電壓低于主變壓器高、低壓側(cè)間耦合到機(jī)端的基波零序電壓，動(dòng)作時(shí)限應(yīng)與變壓器高壓側(cè)接地保護(hù)配合。

2)高定值段

按躲過(guò)傳遞過(guò)電壓整定，可取(15%～25%)Uon，時(shí)限可取0.3～1 s。

3.2.4 三次諧波保護(hù)反映發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)故障

在靠近發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)發(fā)生接地故障時(shí)，基波零序電壓保護(hù)不能動(dòng)作。因此，通過(guò)三次諧波保護(hù)來(lái)反映發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)故障時(shí)，這樣由基波零序電壓保護(hù)和三次諧波保護(hù)構(gòu)成定子線圈的100%接地保護(hù)。三次諧波保護(hù)宜投信號(hào)，基波零序電壓保護(hù)投跳閘。

3.2.5 設(shè)置TV斷線閉鎖元件

如果基波零序電壓取自于發(fā)電機(jī)機(jī)端,雖然不存在中性點(diǎn)TV或配電變壓器一次側(cè)隔離開(kāi)關(guān)接觸不良的情況，但會(huì)出現(xiàn)TV一、二側(cè)斷線。因此，該裝置必須設(shè)置TV斷線閉鎖元件，且TV斷線閉鎖元件應(yīng)能反映TV一、二次斷線。某發(fā)電廠出現(xiàn)過(guò)在設(shè)計(jì)TV斷線閉鎖裝置接線時(shí)出錯(cuò)，導(dǎo)致在發(fā)電機(jī)定子繞組接地時(shí)，TV斷線閉鎖元件誤動(dòng)，致使保護(hù)拒動(dòng)的事故發(fā)生。

因此，不論采用何種方式實(shí)施保護(hù)功能，應(yīng)認(rèn)真分析其構(gòu)成原理，才能確保繼電保護(hù)裝置可靠運(yùn)行，正確反應(yīng)故障情況。

4 結(jié)束語(yǔ)

大型發(fā)電機(jī)—變壓器組配置的保護(hù)裝置，應(yīng)確保在機(jī)組保護(hù)范圍內(nèi)任意一點(diǎn)發(fā)生各種故障時(shí)，均有不同原理的保護(hù)裝置，且具有高靈敏性，并能快速、可靠、選擇性地切除故障。機(jī)組在正常運(yùn)行中發(fā)生任何異常情況，應(yīng)有保護(hù)裝置動(dòng)作，發(fā)出信號(hào)告知值班人員及時(shí)處理，防止事故擴(kuò)大。目前，機(jī)組主保護(hù)原理已相當(dāng)成熟，人們對(duì)此已有高度的重視，而對(duì)于機(jī)組的異常運(yùn)行保護(hù)，人們?cè)谥匾暢潭壬下杂星啡?，因此，在設(shè)計(jì)、整定、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行及維護(hù)上可能會(huì)出現(xiàn)一些失誤。筆者列舉了部分事例進(jìn)行了分析，并提出了改進(jìn)建議。

[1] 王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)電力出版社，1996.

[2] 國(guó)家能源局.大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則：DL/T 684—2012[S].北京：中國(guó)電力出版社，2012.

[3] 王梅義，吳竟昌，蒙定中.大電網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)[M].2版.北京：中國(guó)電力出版社，1995.

[4] 國(guó)家電力調(diào)度通信中心.發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)應(yīng)用[M].2版.北京：中國(guó)電力出版社，2005.

Problem Analysis of the Relay Protection Operation of the Steam Turbine Generator

LIU Zhi

(Chongqing Power Plant of Shenhua Group Corporation Ltd.，Chongqing 400053，P.R.China)

Based on the configurations and operating conditions of relay protection devices of large and medium-sized generator units，this paper analyzes the problems of the protection devices such as incorrect indications of abnormal operation of the units as well as failures caused by deficiencies in the design，consideration and operating maintenance during the operation of the field loss protection device of the generator and the zero sequence voltage stator winding grounding protection device．In addition，it presents relevant suggestions for improvement．

generator unit；protection；problems；analysis

2016-05-06

劉 志(1964-)，高級(jí)技師、工程師，主要從事繼電保護(hù)及電氣自動(dòng)化技術(shù)管理工作。

TM774

A

1008- 8032(2016)05- 0047- 03