王聰

【摘要】隨著繼電保護(hù)技術(shù)的不斷發(fā)展，發(fā)電機(jī)組保護(hù)配置日趨完善，主保護(hù)可靠性大大提高，但后備保護(hù)仍然具有重要作用，如何合理配置機(jī)組后備保護(hù)，特別是在廠網(wǎng)配合方面，更應(yīng)引起我們的足夠重視。本文通過對(duì)自并勵(lì)發(fā)電機(jī)組相間短路后備保護(hù)優(yōu)化實(shí)例，探討自并勵(lì)機(jī)組后備保護(hù)配置及其整定計(jì)算。

【關(guān)鍵詞】后備保護(hù)；配置；自并勵(lì)；優(yōu)化

0引言

自并勵(lì)靜止勵(lì)磁方式有可靠性高、響應(yīng)速度快、軸系相對(duì)較短及投資少等優(yōu)點(diǎn)，隨著微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)技術(shù)的不斷發(fā)展，裝置的穩(wěn)定性和調(diào)節(jié)性能也大大提高，使得自并勵(lì)靜止勵(lì)磁技術(shù)在我國得到了廣泛應(yīng)用，大中型汽輪發(fā)電機(jī)組都已經(jīng)具有成熟的設(shè)計(jì)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，但這種勵(lì)磁方式在系統(tǒng)和機(jī)組本身發(fā)生短路故障時(shí)，發(fā)電機(jī)出口及其母線電壓隨著短路的發(fā)生立即下降。由于勵(lì)磁變接在機(jī)組出口處，導(dǎo)致勵(lì)磁變提供給發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流同時(shí)也迅速減少，從而使故障電流衰減迅速。如圖1所示，這會(huì)降低復(fù)合電壓閉鎖過電流保護(hù)的靈敏度，有可能導(dǎo)致常規(guī)復(fù)壓過流保護(hù)無法動(dòng)作。

圖1自并勵(lì)勵(lì)磁機(jī)組故障電流衰減圖

1發(fā)電機(jī)組相間短路后備保護(hù)配置實(shí)例及存在問題

某電廠發(fā)電機(jī)組采用發(fā)—變組單元接線，封閉母線連接，發(fā)電機(jī)出口不設(shè)斷路器，配置有發(fā)電機(jī)復(fù)壓過流保護(hù)作為發(fā)電機(jī)內(nèi)部、引出線及主變高壓側(cè)相間短路的后備保護(hù)，保護(hù)設(shè)兩段延時(shí)，較短的延時(shí)與線路保護(hù)配合，切母聯(lián)開關(guān)，較長的延時(shí)動(dòng)作于全停。保護(hù)邏輯如圖2所示。

圖2復(fù)壓過流保護(hù)邏輯圖

此保護(hù)沒有配置電流記憶條件，當(dāng)機(jī)端發(fā)生相間短路時(shí)，由于機(jī)端電壓的下降，短路電流的迅速衰減，將導(dǎo)致復(fù)壓過流保護(hù)的電流原件返回，保護(hù)不能可靠動(dòng)作。

2相間短路電流計(jì)算

為了更加清晰的分析自并勵(lì)機(jī)組相間短路時(shí)的電流變化及對(duì)保護(hù)的影響，現(xiàn)列舉一臺(tái)135MW汽輪機(jī)組為例，短路點(diǎn)分為機(jī)端處d1點(diǎn)，主變高壓側(cè)處d2點(diǎn)和出線末端d3點(diǎn)，分別計(jì)算三相和兩相短路電流。

135MW汽輪機(jī)組各參數(shù)是：Sn=158MVA，Un=15.75kV，COSΦ=0.85，xd=1.56，xd=0.214，x“d=0.154，xf.2=0.188，Ufd.0=109V，Ufd.n=292V，強(qiáng)勵(lì)勵(lì)磁電壓倍數(shù)2.2，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁次暫態(tài)時(shí)間常數(shù)T”d0=0.035，轉(zhuǎn)子勵(lì)磁暫態(tài)時(shí)間常數(shù)Td0=9.8，勵(lì)磁變高低壓側(cè)變比是15.75/0.55kV，主變額定電壓242/15.75kV，主變電抗xt=0.143,線路末端d3點(diǎn)電抗x1=0.193，求機(jī)端d1點(diǎn)、主變高壓母線處d2點(diǎn)及線路末端d3點(diǎn)三相和兩相短路電流：

線路d3點(diǎn)外接電抗xs.d3=xt+x1=0.336，

外接電抗臨界值xs.cr=xd/（Ca-1）=xd/（cosαk/cosα0-1）=0.317

其中強(qiáng)勵(lì)電控角αk=acrcos-1(Ufd.k/1.35Up-pk)，空載電控角α0=acrcos-1(Ufd.0/1.35Up-p)

d3點(diǎn)外接電抗大于外接電抗臨界值，短路點(diǎn)電流不會(huì)衰減可能會(huì)增大，所以d3點(diǎn)短路電流不再計(jì)算。由自并勵(lì)發(fā)電機(jī)相間短路電流計(jì)算方法可寫出各短路點(diǎn)的短路電流方程：

d1點(diǎn)三相短路電流方程見式（1），d1點(diǎn)兩相短路電流方程見式（2），d2點(diǎn)三相短路電流方程見式（3），d2點(diǎn)兩相短路電流方程見式（4）.

其中三相短路次暫態(tài)電流分量i■d■■＇＇[3]=1/(x”d+xs)，三相短路暫態(tài)電流分量i■d■■＇＇[2]=1/(xd+xs)

兩相短路次暫態(tài)電流分量=√3/(x”d+xs+x2Ε)，

兩相短路暫態(tài)電流分量=√3/(xd+xs+x2Ε)

計(jì)算出d1和d2點(diǎn)三相和兩相短路電流變化見表1：

表1d1及d2點(diǎn)隨時(shí)間變化的三相及兩相短路電流

從表1可以看出，自并勵(lì)135MW汽輪發(fā)電機(jī)組在機(jī)端和主變高壓側(cè)發(fā)生三相和兩相短路故障時(shí)，其短路電流變化有很大不同，三相短路電流迅速衰減，影響過流保護(hù)元件的正確動(dòng)作，而機(jī)端兩相短路時(shí)，短路電流衰減較慢，主變高壓側(cè)兩相短路時(shí)，短路電流還有上升趨勢，都不會(huì)影響過流元件的正確動(dòng)作。

3相間短路后備保護(hù)優(yōu)化配置

通過分析自并勵(lì)機(jī)組相間短路時(shí)的電流變化以及得出的計(jì)算結(jié)果，證明復(fù)壓過流保護(hù)并不能滿足要求，特別是在機(jī)端發(fā)生三相短路時(shí)，電流衰減迅速，保護(hù)不能正確動(dòng)作。為此，需對(duì)保護(hù)配置進(jìn)行優(yōu)化，增加發(fā)電機(jī)低壓記憶過流保護(hù)，作為機(jī)端三相短路的后備保護(hù)，為了防止主保護(hù)動(dòng)作后，低壓記憶過流保護(hù)仍會(huì)誤切母聯(lián)開關(guān)，保護(hù)只設(shè)一段延時(shí)動(dòng)作于全停，保護(hù)邏輯如圖3。

配置低壓記憶過流保護(hù)而不配置復(fù)壓記憶過流保護(hù)的主要原因有以下兩點(diǎn)：

1）從短路電流變化計(jì)算結(jié)果可以看出，d1點(diǎn)兩相短路電流衰減較慢，3S內(nèi)滿足電流動(dòng)作條件，所以不用配置負(fù)序電壓元件作為判據(jù)，保護(hù)原理相對(duì)簡單可靠；

2）系統(tǒng)發(fā)生短路故障，單條出線的運(yùn)行方式下，由于負(fù)序電壓較大，且衰減較慢，復(fù)壓記憶過流保護(hù)有誤動(dòng)的可能。

圖3低壓記憶過流程保護(hù)邏輯圖

優(yōu)化配置后對(duì)原有的復(fù)壓過流保護(hù)予以保留，主要是考慮復(fù)壓過流保護(hù)作為主變高壓側(cè)以及線路發(fā)生相間短路及接地故障時(shí)，仍然可以作為后備保護(hù)，并且有較高的靈敏度。

4保護(hù)整定計(jì)算

根據(jù)《南方電網(wǎng)大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算規(guī)程》,可分別對(duì)低壓記憶過流保護(hù)各元件進(jìn)行整定計(jì)算。

1）過流元件整定

動(dòng)作電流按躲發(fā)電機(jī)額定電流整定I■=■

式中：Krel——可靠系數(shù)，取1.3～1.5；Kr——返回系數(shù)，取0.9～0.95。

記憶元件延時(shí)按大于本保護(hù)動(dòng)作時(shí)間整定。

靈敏系數(shù)校驗(yàn)，按主變壓器高壓側(cè)母線兩相短路進(jìn)行校驗(yàn)：

K■=■（5）

式中：I■■——主變壓器高壓側(cè)母線金屬性兩相短路時(shí)，流過保護(hù)的最小短路電流。要求靈敏系數(shù)Ksen≥1.2。

2）低電壓元件整定

低電壓元件取機(jī)端PT二次線電壓，動(dòng)作電壓Uop可按下式整定。

U■=■

式中：U■——發(fā)電機(jī)額定電壓；nv——電壓互感器變比。

靈敏系數(shù)按主變壓器高壓側(cè)母線三相短路進(jìn)行校驗(yàn)：

Ksen＝Uop/(Uk.max/nv)（６）

式中：Uk.max——主變高壓側(cè)母線金屬性三相短路時(shí)發(fā)電機(jī)機(jī)端最大相間電壓。

要求靈敏系數(shù)Ksen≥1.2。

低電壓元件的靈敏系數(shù)不滿足要求時(shí)，若發(fā)電機(jī)、變壓器共用一套復(fù)合電壓閉鎖過電流保護(hù)時(shí)，應(yīng)引入主變壓器高壓側(cè)電壓元件，并選擇經(jīng)其他側(cè)復(fù)壓閉鎖。

3）動(dòng)作時(shí)間

當(dāng)發(fā)電機(jī)、變壓器共用一套復(fù)合電壓閉鎖過電流保護(hù)時(shí)，按與相鄰出線相間、接地保護(hù)對(duì)線末有靈敏度段及高廠變過電流保護(hù)最長動(dòng)作時(shí)間配合整定：t＝tmax+Δt

式中：tmax——相鄰出線相間、接地保護(hù)對(duì)線末有靈敏度段及高廠變過電流保護(hù)最長動(dòng)作時(shí)間。

5結(jié)束語

自并勵(lì)發(fā)電機(jī)組在機(jī)端和主變高壓側(cè)發(fā)生三相短路故障時(shí)，電流衰減迅速，過流元件在保護(hù)動(dòng)作時(shí)間內(nèi)已經(jīng)返回，復(fù)壓過流保護(hù)不能正確動(dòng)作。經(jīng)過對(duì)保護(hù)配置優(yōu)化，在原有保護(hù)配置基礎(chǔ)上，增設(shè)低壓記憶過流保護(hù)，作為機(jī)端和主變高壓側(cè)三相短路的后備保護(hù)，經(jīng)過認(rèn)真選擇保護(hù)出口方式及對(duì)保護(hù)進(jìn)行合理的整定計(jì)算，大大提高了保護(hù)的可靠性，保護(hù)靈敏度高，同時(shí)還避免了誤動(dòng)的可能，充分發(fā)揮了后備保護(hù)的作用。

【參考文獻(xiàn)】

［１］王維儉，侯炳蘊(yùn)．大型機(jī)組繼電保護(hù)理論基礎(chǔ).2版[M]．北京：水利電力出版社，1989．

［２］中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司．南方電網(wǎng)大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算規(guī)（2012）[Z]．2012．

［責(zé)任編輯：薛俊歌］