大機組的繼電保護(hù)配置

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結(jié)構(gòu)原理

大機組的繼電保護(hù)配置

頁面更新時間：2016-02-28 09:28

           大容量機組往往按發(fā)電機—變壓器組單元接線與高壓或超高壓電網(wǎng)直接相連，在電力系統(tǒng)中占有十分重要的地位。由于它結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價昂貴，一旦因故障而遭到破壞，在經(jīng)濟上必然會受到很大損失，因此在考慮大容量發(fā)電機—變壓器組的繼電保護(hù)整體配置時，應(yīng)強調(diào)最大限度地保證機組安全和最大限度地縮小故障破壞范圍，盡可能避免不必要的突然停機，對某些異常工況采用自動處理裝置，特別要避免保護(hù)裝置誤動和拒動。所以不僅要求有可靠性高、靈敏性和選擇性強、快速性好的保護(hù)繼電器，還要求在繼電保護(hù)的整體配置上盡量做到完善、合理，并力求避免繁瑣、復(fù)雜。

    1 傳統(tǒng)的繼電保護(hù)方式及其不足之處

    傳統(tǒng)的發(fā)電機內(nèi)部故障主保護(hù)方案常采用：傳統(tǒng)縱差保護(hù)、傳統(tǒng)橫差保護(hù)、基波縱向零序電壓保護(hù)、轉(zhuǎn)子二次諧波電流保護(hù)、標(biāo)積制動式縱差保護(hù)等。這些傳統(tǒng)的保護(hù)方式在一定程度上起到了有選擇性地將故障元件從電力系統(tǒng)中切除、減少對電力系統(tǒng)的損壞程度、恢復(fù)無故障部分的正常運行、反應(yīng)電氣元件異常運行工況的作用，但是由于諸多原因，在電力系統(tǒng)中始終存在發(fā)電機、變壓器等設(shè)備的保護(hù)元件正確動作率普遍偏低——許多都不到70%的問題，因此有必要對這些保護(hù)方式略作分析，以期找到改進(jìn)措施。

    1.1 傳統(tǒng)縱差保護(hù)
    傳統(tǒng)縱差保護(hù)只對相間短路有效，對發(fā)電機定子繞組同相的匝間或?qū)娱g短路和開焊(斷線)故障均無保護(hù)作用，因而保護(hù)功能不全面，再加上目前存在元器件產(chǎn)品質(zhì)量差、維護(hù)管理水平低等諸多問題，必須加以改進(jìn)。

    1.2 傳統(tǒng)橫差保護(hù)
    以往的單元件橫差保護(hù)，其動作電流約為(0.2～0.3)In，所用中性點連線的電流互感器變比選為0.25 In/5 A，所以舊式的單元件橫差保護(hù)的動作電流約為發(fā)電機額定電流的二次值(5 A)，由于發(fā)電機內(nèi)部故障用的老式橫差繼電器對三次諧波濾過比小于15，所以這樣的整定值就限制了保護(hù)正常動作靈敏度的提高。

    1.3 基波縱向零序過電壓保護(hù)
    對于中性點側(cè)只有U，V，W三相引出三個端子的發(fā)電機，習(xí)慣上都裝設(shè)縱差保護(hù)以反應(yīng)內(nèi)部相間短路。為了保護(hù)發(fā)電機的定子繞組匝間短路或開焊故障，可增設(shè)縱向零序過電壓保護(hù)，但縱向零序過電壓保護(hù)裝置較復(fù)雜、靈敏度低，且可能引起某些誤跳閘。只有在發(fā)電機中性點側(cè)三相僅引出三個端子，并裝設(shè)了縱差保護(hù)時才選用。

    1.4　轉(zhuǎn)子二次諧波電流保護(hù)
    轉(zhuǎn)子諧波二次電流保護(hù)中啟動元件與選擇元件的配合要求十分嚴(yán)格，容易發(fā)生誤動作，整定較困難，須用專門的轉(zhuǎn)子回路電抗變壓器。只在發(fā)電機已確定中性點側(cè)僅引出三相三個端子，并決定裝設(shè)縱差保護(hù)而不可能裝設(shè)高靈敏橫差保護(hù)的情況下才選用。

    1.5　標(biāo)積制動式縱差保護(hù)
    標(biāo)積制動式縱差保護(hù)不能反應(yīng)匝間短路和定子繞組開焊故障，且這種保護(hù)也需要發(fā)電機中性點側(cè)引出三相三個端子。

    目前國內(nèi)300MW及以上的汽輪發(fā)電機均采用每相兩并聯(lián)分支、中性點僅引出三相的三個端子，普遍采用發(fā)電機縱差保護(hù)和發(fā)電機—變壓器組縱差保護(hù)作為發(fā)電機—變壓器組內(nèi)部短路主保護(hù)。當(dāng)發(fā)電機中性點側(cè)只有三相三個引出端子時，就無法裝設(shè)單元件橫差保護(hù)，這將影響整套繼電保護(hù)裝置的可靠性、靈敏性。

    2 大機組內(nèi)部故障主保護(hù)的改進(jìn)方案

    2.1 改進(jìn)方案
    對于大機組繼電保護(hù)的配置原則是：加強主保護(hù)，簡化后備保護(hù)。因此針對傳統(tǒng)繼電保護(hù)出現(xiàn)的問題，提出一種由不完全縱差保護(hù)和高靈敏單元件橫差保護(hù)組成的雙重主保護(hù)配置方案。

    改變發(fā)電機中性點側(cè)的引出方式，將三相六個分支繞組分成兩組，其中一組僅將其中性點N1引出，另一組三相端子分別引出，并在發(fā)電機外接成第二中性點N2，N1與N2連接以便裝設(shè)單元件橫差保護(hù)，互感器TA1與TA2構(gòu)成發(fā)電機不完全縱差保護(hù)。許多理論研究和實踐經(jīng)驗已證明：高靈敏單元件橫差保護(hù)具有發(fā)電機相間短路、匝間短路和定子繞組開焊的保護(hù)功能，特別簡單、靈敏度高，可作為各類發(fā)電機的第一主保護(hù)。不完全縱差保護(hù)克服了傳統(tǒng)縱差保護(hù)不反映定子繞組匝間短路和開焊故障的缺陷，成為發(fā)電機內(nèi)部各種故障的第二主保護(hù)，方便地實現(xiàn)了大機組主保護(hù)的雙重化要求。采用這種方案的必要前提是發(fā)電機中性點側(cè)應(yīng)有四個引出端子。

    2.2 改進(jìn)措施
    a)對300MW及以上的汽輪發(fā)電機，只要中性點引出方式在發(fā)電機制造時稍作改變就可使用高靈敏單元件橫差保護(hù)，其功能超過縱差保護(hù)。
    b)采用更換互感器，減少電流互感器變比，提高三次諧波濾過比，通過常規(guī)發(fā)電機短路試驗、實測橫差保護(hù)不平衡基波和三次諧波電流來正確整定動作電流等措施，把傳統(tǒng)橫差保護(hù)改造成高靈敏橫差保護(hù)。
    c)不完全縱差保護(hù)是針對每相兩并聯(lián)分支的發(fā)電機提出的，采用比率制動式繼電器，機端互感器選變比為In/5A，分支互感器選變比為0.5 In/5A，這種方式能反應(yīng)發(fā)電機內(nèi)部各種相間短路、匝間短路和分支繞組的開焊故障，如圖2所示。這種保護(hù)方式對發(fā)電機引出線短路有保護(hù)作用。但應(yīng)注意在每分支數(shù)很多(大于2)時，若某個不裝設(shè)互感器的分支發(fā)生故障，在裝設(shè)互感器的那些非故障分支中的電流可能很小，不完全縱差保護(hù)有可能拒絕動作，因而在分支數(shù)較多時要慎用。
    d)一般來說，當(dāng)發(fā)電機變壓器本身配置了雙重主保護(hù)時，不需要再設(shè)置發(fā)電機、變壓器自身的短路后備保護(hù)，這時可以在機端裝設(shè)全阻抗或偏移阻抗保護(hù)，兼顧機端和高壓母線相間短路故障，在升壓變壓器高壓側(cè)通常還裝設(shè)零序電流、零序電壓作為高壓側(cè)接地短路的后備保護(hù)。

    2.3　雙重主保護(hù)的作用
    這種主保護(hù)方案可使發(fā)電機內(nèi)部各種相間短路、匝間短路和定子繞組開焊故障均得到雙重快速保護(hù)，同時還能使發(fā)電機獨立運行時機端引線的相間短路也有快速保護(hù)。當(dāng)每相分支數(shù)大于2時，在每相中性點側(cè)裝設(shè)互感器的分支數(shù)應(yīng)大于或等于n/2(n為每相分支數(shù))。

    采用這種主保護(hù)配置方案時，可完全舍棄縱向零序電壓保護(hù)和二次諧波轉(zhuǎn)子電流保護(hù)。

    3 對繼電保護(hù)的發(fā)展展望

    繼電保護(hù)方式的發(fā)展經(jīng)歷了方向比較式、相位比較式、電流差動式等階段，所使用的繼電器從電磁式到模擬靜止式，進(jìn)而發(fā)展到數(shù)字靜止式，隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展、微型計算機和微處理器的出現(xiàn)，為繼電保護(hù)數(shù)字化開辟了廣闊前景，出現(xiàn)了以微機和光傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)的全數(shù)字控制保護(hù)系統(tǒng)。

    微機保護(hù)具有下列特點：

    a)保護(hù)功能由軟件實現(xiàn)；
    b)采用數(shù)字信號處理技術(shù)；
    c)具有數(shù)字儲存功能，如過程記憶、錄波等；
    d)容易實現(xiàn)遠(yuǎn)方通信，接口簡單；
    e)具有自動測試和監(jiān)視功能；
    f)軟硬件標(biāo)準(zhǔn)化；
    g)公共數(shù)據(jù)可重復(fù)使用實現(xiàn)不同功能。

    我國已成功研制了多套大機組微機保護(hù)裝置，并先后投入試運行或正式運行。不少35kV和 110 kV變電所采用了多種微機監(jiān)控和保護(hù)裝置，但在300MW及以上大型發(fā)電機組上應(yīng)用微機保護(hù)裝置的例子還不多。由于微機保護(hù)具有靈活、高性能、運行維護(hù)方便、可靠性好、硬件尺寸小、硬件負(fù)擔(dān)輕等優(yōu)點，可以預(yù)見未來繼電保護(hù)發(fā)展的方向?qū)⑹侵鞅Ｗo(hù)采用微型處理機或小型計算機分散地裝設(shè)在被保護(hù)元件處，后備保護(hù)采用系統(tǒng)控制中心計算機構(gòu)成變電所中心計算機以實現(xiàn)集中化控制。相信大機組的微機保護(hù)將有廣闊的發(fā)展前景，并將以其優(yōu)越的性能在繼電保護(hù)領(lǐng)域獨領(lǐng)風(fēng)騷。