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      電氣制動對負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)的影響分析

      2014-09-11 00:50:38吳朝波馮心
      綜合智慧能源 2014年8期
      關(guān)鍵詞:負(fù)序停機(jī)保護(hù)裝置

      吳朝波,馮心

      (浙江華電烏溪江水力發(fā)電廠,浙江 衢州 324000)

      0 引言

      水輪發(fā)電機(jī)組由于啟、停機(jī)方便、迅速,因而在電網(wǎng)系統(tǒng)中常肩負(fù)起調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用的重大責(zé)任。由于能夠大幅降低機(jī)組停機(jī)時間,提高電網(wǎng)調(diào)節(jié)能力,電氣制動得到廣泛使用。電氣制動投入后,發(fā)電機(jī)組電氣連接方式發(fā)生了改變,對繼電保護(hù)的配置整定也提出了新的要求,發(fā)電機(jī)負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)是受到影響的保護(hù)功能之一。

      發(fā)電機(jī)負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)反應(yīng)定子繞組的負(fù)序電流大小,保護(hù)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子,以防表面過熱。負(fù)序電流流過發(fā)電機(jī)定子繞組時,該負(fù)序電流在定、轉(zhuǎn)子氣隙間產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子相對于負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場有2倍同步速,在轉(zhuǎn)子表層感生倍頻電流,在轉(zhuǎn)子上各分流較大的部位形成局部高溫而灼傷轉(zhuǎn)子,如轉(zhuǎn)子本體與端部護(hù)環(huán)的溫差過大,還可能導(dǎo)致護(hù)環(huán)松脫,造成機(jī)組嚴(yán)重破壞[1]。另外,由負(fù)序磁場產(chǎn)生的2倍交變電磁轉(zhuǎn)矩還會使機(jī)組產(chǎn)生100 Hz振動,引起金屬疲勞和機(jī)械損傷。

      本文從多角度分析,查找某水力發(fā)電機(jī)組停機(jī)過程中投入電氣制動后負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)誤動作發(fā)信的原因,分析發(fā)電機(jī)電氣制動對負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)的影響,并提出了解決方案。

      1 故障經(jīng)過

      浙江華電烏溪江水力發(fā)電廠某發(fā)電機(jī)組進(jìn)行保護(hù)改造前未配置負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)功能,2013年3月,對機(jī)組進(jìn)行保護(hù)改造,保護(hù)裝置為CSC306數(shù)字式發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置,出場試驗(yàn)及安裝后保護(hù)檢驗(yàn)情況正常,保護(hù)配置負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)功能,并投入定時限負(fù)序過負(fù)荷功能。機(jī)組進(jìn)行保護(hù)改造后,在停機(jī)過程中投入電氣制動時,負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)動作發(fā)信(反時限負(fù)序過負(fù)荷功能退出),經(jīng)多次試驗(yàn)、檢查發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象具有可重現(xiàn)性。

      1.1 保護(hù)動作相關(guān)情況

      機(jī)組額定容量為26 MW,額定電壓為10.5 kV,額定電流為1 682 A,對應(yīng)二次值為4.205 A(若無特殊說明,以下電流均以二次值表示)。

      根據(jù)相關(guān)整定要求,機(jī)組保護(hù)裝置中投入定時限負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)功能,動作電流整定為0.26 A,動作時間整定為9 s。

      在投運(yùn)試驗(yàn)時,自動停機(jī)過程中發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置報(bào)警,保護(hù)盤面顯示負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)動作。檢查保護(hù)裝置錄波數(shù)據(jù),顯示存在負(fù)序電流且達(dá)到保護(hù)動作條件。停機(jī)完成后,對一次、二次回路進(jìn)行檢查未發(fā)現(xiàn)異常,機(jī)組各部檢查無異常,轉(zhuǎn)子各位置測溫?zé)o異常發(fā)熱現(xiàn)象。

      1.2 檢查試驗(yàn)情況

      正常開機(jī)并建壓后,采用機(jī)械制動完成自動停機(jī),停機(jī)情況正常,再次開機(jī)并建壓。停機(jī)過程中投入電氣制動后,保護(hù)裝置再次發(fā)負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)動作信號,顯示動作電流為0.41 A。電氣制動投入后,數(shù)字式保護(hù)測控裝置(專用電氣量測量裝置,各機(jī)組單獨(dú)裝設(shè),以下簡稱測控裝置)在停機(jī)過程中記錄了機(jī)組交流測控裝置機(jī)端各相電流變化情況。該測控裝置中機(jī)端電流引自測量專用電流互感器,顯示的電流變化情況見表1,顯示的機(jī)端電流諧波含量見表2。

      表1 機(jī)端電流變化情況

      表2 機(jī)端電流諧波含量 %

      2 原因分析

      2.1 保護(hù)裝置動作邏輯

      機(jī)組負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)動作邏輯如圖1所示。其中:I21為發(fā)電機(jī)負(fù)序過負(fù)荷定值,按發(fā)電機(jī)長期允許的負(fù)序電流I2∞下可靠返回的條件整定;I22為反時限負(fù)序過負(fù)荷定值。

      圖1 發(fā)電機(jī)負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)邏輯

      由表1可以看出,測控裝置顯示的機(jī)端電流中含有負(fù)序分量,且經(jīng)過計(jì)算可知,其大小已滿足負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)動作值要求。根據(jù)保護(hù)原理邏輯,在保護(hù)功能投入的情況下,當(dāng)檢測到負(fù)序電流的持續(xù)時間達(dá)到延時定值后,保護(hù)即動作。

      經(jīng)多次試驗(yàn)表明,電氣制動投入后保護(hù)裝置和測控裝置均測量到負(fù)序電流,且負(fù)序電流的幅值已大于保護(hù)定值,保護(hù)裝置邏輯判斷無誤。

      2.2 電氣制動工作原理分析

      在機(jī)組解列后,機(jī)組轉(zhuǎn)速下降到一定程度(本文所涉及機(jī)組轉(zhuǎn)速設(shè)置為60%額定轉(zhuǎn)速)后,使用定子短路開關(guān)將定子三相短路,向轉(zhuǎn)子繞組中輸入1個恒定直流電流,則在定子中產(chǎn)生感應(yīng)電流。該電流在定子繞組中產(chǎn)生銅耗制動力矩,使機(jī)組減速制動到停機(jī)。電磁轉(zhuǎn)矩與定子短路電流的平方成正比,與機(jī)組轉(zhuǎn)速成反比,電氣制動力矩隨機(jī)組轉(zhuǎn)速下降而增大[2]。

      電氣制動的工作原理表明了電氣制動投入雖然改變了機(jī)組的電氣連接方式,但其效果等同于發(fā)電機(jī)機(jī)端的三相短路故障,理論上沒有負(fù)序電流產(chǎn)生。檢查電氣制動定子短路開關(guān)動作情況,未發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的三相動作時間差異(小于0.05 s),而負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)延時為9 s,排除因三相動作時間不同而產(chǎn)生負(fù)序電流引起保護(hù)動作的可能性。

      2.3 保護(hù)裝置測量回路負(fù)序電流測量原理分析

      保護(hù)裝置中負(fù)序電流的測量需要使用負(fù)序?yàn)V波器或負(fù)序?yàn)V波算法,負(fù)序電流測量結(jié)果與測量對象頻率有關(guān)[2],雖然一般負(fù)序電流保護(hù)都有跟蹤系統(tǒng)頻率變化的功能,但跟蹤范圍不會太大,如對50 Hz系統(tǒng),跟蹤頻率為42~55 Hz。機(jī)組轉(zhuǎn)速降至60%額定轉(zhuǎn)速時投入電氣制動,所產(chǎn)生的定子電流頻率約為30 Hz,負(fù)序電流濾波器(濾波算法)產(chǎn)生很大誤差,已不能正常工作。如負(fù)序電流濾波器(濾波算法)測量的負(fù)序電流超過保護(hù)整定值,則出現(xiàn)保護(hù)誤動情況。機(jī)組測控裝置也有同樣的情況,無法正確測量負(fù)序電流大小。

      綜合以上分析,保護(hù)裝置和測控裝置所測量到的負(fù)序電流并不是一次設(shè)備上真正存在的負(fù)序電流,而是電氣制動投入時機(jī)組的定子電流頻率很低,保護(hù)裝置不能正確測量負(fù)序電流大小所致。由于電氣制動定子三相短路開關(guān)的結(jié)構(gòu)決定了其三相必然同時動作,電氣制動投入時只可能短暫產(chǎn)生甚至不會產(chǎn)生負(fù)序電流,建議引入制動狀態(tài)至保護(hù)裝置中,閉鎖負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)。

      3 結(jié)束語

      電氣制動在水力發(fā)電廠的廣泛應(yīng)用對繼電保護(hù)的配置、整定提出了新的要求。其中一些保護(hù)功能通過保護(hù)原理上的分析即可做出對應(yīng)的調(diào)整,例如差動保護(hù),當(dāng)差動保護(hù)電流取自機(jī)組開關(guān)與電氣制動定子短路開關(guān)之間時,必須使用電氣制動開關(guān)的投入閉鎖差動保護(hù)以防止誤動作。而電氣制動的投入對負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)功能的影響則相對隱蔽,不能單純地通過分析保護(hù)功能來確定,目前也沒有統(tǒng)一的整定規(guī)定或建議,給各電廠繼電保護(hù)基層管理帶來了困擾。在機(jī)組保護(hù)配置了反時限負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)的情況下,每次電氣制動的投入都極可能導(dǎo)致事故停機(jī)流程的啟動,嚴(yán)重影響水電機(jī)組的自動化程度,背離了安裝電氣制動加快水電機(jī)組啟、停速度,提高自動化程度的初衷。本文通過分析,提出使用“電氣制動投入”條件閉鎖負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)功能的建議,為采用電氣制動方式的發(fā)電機(jī)組保護(hù)整定工作提供參考。

      參考文獻(xiàn):

      [1]陳遺志,劉國華,仲旻,等.水電機(jī)組電氣制動的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].水電廠自動化,2007(4):167-170,174.

      [2]王維儉.發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)應(yīng)用[M].北京:中國電力出版社,2008.

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