王晟

摘要：受難度較大的發(fā)電機(jī)故障判別影響，較為復(fù)雜的發(fā)變組保護(hù)整定計(jì)算很容易對(duì)大型發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成影響，特別是在新機(jī)組建設(shè)中尤其重要，為解決相關(guān)問(wèn)題，近年來(lái)相關(guān)研究大量涌現(xiàn)?；诖?，本文將圍繞大型火力發(fā)電廠發(fā)變組保護(hù)一些特有保護(hù)功能的配置整定進(jìn)行研究，并深入探討大型火力發(fā)電廠發(fā)變組保護(hù)配置要點(diǎn)，希望研究?jī)?nèi)容能夠起到一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：大型發(fā)電廠;差動(dòng)保護(hù);整定

前言：火電機(jī)組屬于現(xiàn)階段我國(guó)電能的主要來(lái)源，對(duì)于容量不斷增加的單臺(tái)機(jī)組來(lái)說(shuō)，不斷發(fā)生變化的機(jī)組設(shè)備狀況和需要保護(hù)內(nèi)容帶來(lái)的影響較為深遠(yuǎn)。一般情況下容量越大的單臺(tái)機(jī)組存在越低的可用率和越差的穩(wěn)定性，同時(shí)存在更多的故障點(diǎn)，大型發(fā)電廠發(fā)變組保護(hù)整定因此面臨的挑戰(zhàn)必須得到重視。

1. 大型火力發(fā)電廠發(fā)變組保護(hù)配置整定分析

1.1發(fā)電機(jī)失步保護(hù)整定分析

受不斷擴(kuò)大的送電網(wǎng)絡(luò)影響，與變壓器單元制接線的發(fā)電機(jī)會(huì)導(dǎo)致存在相對(duì)增大的變壓器和發(fā)電機(jī)阻抗值，并同時(shí)出現(xiàn)下降的系統(tǒng)等效阻抗值，這會(huì)導(dǎo)致升壓變壓器或發(fā)電機(jī)端范圍很容易出現(xiàn)振蕩中心，機(jī)組受到的振蕩過(guò)程影響會(huì)因此加重。對(duì)于周期性嚴(yán)重下降的機(jī)端電壓來(lái)說(shuō)，其會(huì)直接威脅發(fā)電機(jī)組安全運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)甚至可能引發(fā)損壞問(wèn)題，如可能導(dǎo)致出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振蕩的汽輪發(fā)電機(jī)軸，機(jī)械損傷的大軸可能引發(fā)生產(chǎn)事故。對(duì)于機(jī)端附近的振蕩中心，存在接近機(jī)端三相短路電流的流過(guò)發(fā)電機(jī)最大振蕩電流，反復(fù)長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)的該電流會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)熱，電磁力作用下出現(xiàn)機(jī)械損傷的發(fā)電機(jī)端部將帶來(lái)一定負(fù)面影響。屬于周期性扭力振蕩時(shí)軸會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷大軸，導(dǎo)致其運(yùn)行壽命縮短，轉(zhuǎn)子繞組則會(huì)在周期性變化的滑差影響下出現(xiàn)感應(yīng)電流，進(jìn)而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子發(fā)熱，而系統(tǒng)與大型機(jī)組的震蕩則可能導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰或解列。因此，大型發(fā)電機(jī)的失步保護(hù)裝設(shè)極為關(guān)鍵，通過(guò)對(duì)失步故障的及時(shí)檢測(cè)和處理，電力系統(tǒng)及機(jī)組的安全運(yùn)行即可得到保障[1]。

發(fā)電機(jī)失步保護(hù)整定需關(guān)注失步時(shí)發(fā)電機(jī)的電氣量變化與機(jī)端測(cè)量阻抗，大型發(fā)電廠發(fā)變組存在的不同失步保護(hù)判據(jù)和失步保護(hù)出口邏輯也需要得到重視。以采用 系列發(fā)變組的某大型火力發(fā)電廠為例，發(fā)電機(jī)的額定功率、額定容量、功率因數(shù)分別為350MW、412MVA、0.85，轉(zhuǎn)子和定子的額定電壓分別為368V、20kV，冷卻方式分別為氫內(nèi)冷、水氫氫，轉(zhuǎn)子的額定勵(lì)磁電流、定子的額定電流分別為2897A、11887A。在案例火力發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)失步保護(hù)整定實(shí)踐中，首先需要開(kāi)展系統(tǒng)聯(lián)系電抗計(jì)算，通過(guò)計(jì)算求得了發(fā)電機(jī)的系統(tǒng)聯(lián)系電抗標(biāo)幺值、主變電抗、暫態(tài)電抗，分別--3.9Ω、3.5Ω、0.0223Ω，最大靈敏角取80°～85°（實(shí)際為84°）。在α角的整定過(guò)程中，基于發(fā)電機(jī)最小負(fù)荷阻抗等參數(shù)，可得到120°的取值，該值決定復(fù)數(shù)平面橫軸方向給定條件下透鏡的寬度，即透鏡形狀。選擇0.9倍的變壓器阻抗作為失步振蕩中心分界線，即電抗線，具體為1.9Ω。由于電流變小時(shí)裝置自動(dòng)選擇作用于跳閘，對(duì)于作為輔助判據(jù)的跳閘允許電流定值，具體選擇需以斷路器允許遮斷容量為依據(jù)，即50k A，由此開(kāi)展計(jì)算可得到25A的跳閘允許電流。最終開(kāi)展失步保護(hù)滑極定值整定，區(qū)內(nèi)的振蕩中心需開(kāi)展1次滑極整定，且失步保護(hù)動(dòng)作于跳閘。區(qū)外的振蕩中心需開(kāi)展2～15次的滑極整定（實(shí)際5次），失步保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)，同時(shí)設(shè)置全停、啟動(dòng)失靈的出口方式。

1.2發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)整定分析

對(duì)于采用電磁感應(yīng)的同步發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)子電流在發(fā)電機(jī)中負(fù)責(zé)產(chǎn)生電磁場(chǎng)。為實(shí)現(xiàn)電能的產(chǎn)生，同步發(fā)電機(jī)需要得到勵(lì)磁系統(tǒng)支持，而對(duì)于出現(xiàn)故障的勵(lì)磁系統(tǒng)，故障原因必須第一時(shí)間確定和排除，電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行可更好得到保障。在實(shí)際運(yùn)行中，突然部分或全部消失的發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁將引發(fā)故障，失步的發(fā)電機(jī)可能進(jìn)入異步運(yùn)行狀態(tài)并最終造成嚴(yán)重后果。作為常見(jiàn)的發(fā)電機(jī)故障形式，勵(lì)磁系統(tǒng)環(huán)節(jié)較多的大容量機(jī)組很容易出現(xiàn)低勵(lì)和失磁故障，并導(dǎo)致定子回路參數(shù)變化，由于這種故障較為常見(jiàn)，其屬于主要制約同步發(fā)電機(jī)單機(jī)容量增大的原因。勵(lì)磁系統(tǒng)故障、回路故障、自動(dòng)滅磁開(kāi)關(guān)跳閘、轉(zhuǎn)子繞組故障均屬于引發(fā)故障的主要原因，因此必須設(shè)法提升勵(lì)磁保護(hù)與控制水平。具體的發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)整定需關(guān)注機(jī)端測(cè)量阻抗分析、失磁保護(hù)構(gòu)成、發(fā)變組失磁保護(hù)判據(jù)和失磁保護(hù)出口邏輯[2]。

仍以上文提及的大型火力發(fā)電廠為例，對(duì)于發(fā)電機(jī)失磁故障檢測(cè)，需關(guān)注異步邊界圓動(dòng)作判據(jù)，具體整定需基于發(fā)電機(jī)同步電抗標(biāo)幺值、暫態(tài)電抗、額定視在功率、額定電壓等進(jìn)行計(jì)算，可確定發(fā)電機(jī)機(jī)端測(cè)量阻抗Z1、Z2分別為-1.9Ω、-31.6Ω，同時(shí)根據(jù)允許的進(jìn)相運(yùn)行無(wú)功整定，需結(jié)合最大進(jìn)相無(wú)功功率、可靠系數(shù)、額定有功容量，重新整定需要在進(jìn)相無(wú)功測(cè)定后開(kāi)展;轉(zhuǎn)子電壓判據(jù)中的勵(lì)磁低電壓判據(jù)為90V，同時(shí)可根據(jù)發(fā)電機(jī)當(dāng)前有功功率、發(fā)電機(jī)凸極反應(yīng)功率、系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)阻抗標(biāo)幺值、發(fā)電機(jī)同步電抗等參數(shù)確定轉(zhuǎn)子電壓判據(jù)系數(shù)動(dòng)作判據(jù)，最終可求得結(jié)果為1.98;對(duì)于取自發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的機(jī)端低電壓判據(jù)，整定按照（0.85～0.9）Un開(kāi)展，具體值為85V;對(duì)于采用有功功率判據(jù)的減出力，按照（40～50）%機(jī)組額定容量整定，實(shí)際為291.6W。

2. 大型火力發(fā)電廠發(fā)變組保護(hù)配置要點(diǎn)

對(duì)于單臺(tái)機(jī)組容量不斷增大的電力系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，多樣化的故障類(lèi)型帶來(lái)的影響日漸提升，為保證其安全穩(wěn)定運(yùn)行，繼電保護(hù)裝置的科學(xué)裝設(shè)極為關(guān)鍵，雙重化配置的繼電保護(hù)裝置屬于其中代表，故障和異常運(yùn)行時(shí)主設(shè)備的經(jīng)濟(jì)損失和損壞幾率均可隨之降低。因此，電力主設(shè)備保護(hù)設(shè)計(jì)需遵循相關(guān)規(guī)程要求，并關(guān)注保護(hù)在設(shè)備選型、原理接線、配置等方面，以此結(jié)合主設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)行工況、保護(hù)設(shè)備的一次接線、電氣主接線，實(shí)現(xiàn)繼電保護(hù)四性要求的滿足。如存在產(chǎn)生矛盾的選擇性和靈敏性，靈敏性需首先滿足，否則裝設(shè)保護(hù)的意義將喪失。如存在產(chǎn)生矛盾的選擇性與快速性，選擇性需首先滿足，必要時(shí)可考慮采取補(bǔ)救措施并設(shè)置快速無(wú)選擇性動(dòng)作。為提升電力系統(tǒng)穩(wěn)定性，必須快速切除機(jī)組故障。以機(jī)組發(fā)熱為例，為避免發(fā)電機(jī)損壞，出現(xiàn)故障的機(jī)端需保證故障能夠在百毫秒級(jí)內(nèi)完成切除，因此保護(hù)正確快速動(dòng)作必須設(shè)法得到保障，同時(shí)需設(shè)置雙套快速保護(hù)。一般采用發(fā)電機(jī)變壓器組、升壓變壓器、發(fā)電機(jī)的差動(dòng)保護(hù)，實(shí)現(xiàn)雙重快速保護(hù)的構(gòu)成，存在伸至電流互感器（高壓母線側(cè)）的保護(hù)區(qū)。受到保護(hù)范圍影響，存在死區(qū)的斷路器和變壓器高壓側(cè)之間需另外設(shè)置一套全阻抗保護(hù)，為保證其實(shí)現(xiàn)不小于1.25靈敏系數(shù)的可靠動(dòng)作整定，應(yīng)取0.5～1s的動(dòng)作延時(shí)，以此做到延時(shí)躲過(guò)振蕩;也可以將電流速斷保護(hù)裝設(shè)于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)，對(duì)發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)到變壓器引線及一部分變壓器實(shí)現(xiàn)雙重快速保護(hù)設(shè)置。發(fā)電機(jī)端兩相短路時(shí)，復(fù)合電流速斷保護(hù)需要實(shí)現(xiàn)機(jī)組安全整定的保障，為實(shí)現(xiàn)振蕩的躲過(guò)，振蕩閉鎖裝置多數(shù)情況下不裝設(shè)，采用增加整定值和0.5s的短時(shí)限躲過(guò)振蕩。還需要將全阻抗及高壓母線后備保護(hù)設(shè)置于變壓器高壓側(cè)，母線短路時(shí)動(dòng)作阻抗需實(shí)現(xiàn)可靠動(dòng)作整定，為延時(shí)躲過(guò)振蕩，整定條件需存在不小于1.25的靈敏系數(shù)，需基于確保機(jī)組安全確定高壓側(cè)母線短路時(shí)的時(shí)間整定，一般為0.5～1s[3]。

結(jié)論：綜上所述，大型發(fā)電廠發(fā)變組保護(hù)整定需關(guān)注多方面因素影響。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的發(fā)電機(jī)失步保護(hù)整定分析、發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)整定分析、大型火力發(fā)電廠發(fā)變組保護(hù)配置要點(diǎn)等內(nèi)容，則直觀展示了大型發(fā)電廠發(fā)變組保護(hù)整定路徑。為更好保證大型發(fā)電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行，新型發(fā)變組保護(hù)裝置的科學(xué)應(yīng)用同樣需要得到重視。

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