淺析發(fā)變組系統(tǒng)保護

河北西柏坡發(fā)電有限責(zé)任公司 河北省 050400

摘要：發(fā)變組是現(xiàn)代電力系統(tǒng)最重要的組成部分之一，它結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦故障，檢修期長，會給電廠和國民經(jīng)濟造成直接和間接經(jīng)濟損失。由于發(fā)變組不可避免地存在一些故障及不正常運行方式的可能，迅速地切除或隔離故障點，是繼電保護的主要任務(wù)。本文主要介紹了發(fā)電機差動保護和變壓器差動保護原理，并根據(jù)實際工作情況和多年對電廠發(fā)變組的運行狀況，對常見的故障做簡單的分析和介紹，最后對發(fā)電機組保護方案的特點進行闡述。

關(guān)鍵詞：發(fā)變組；電壓互感器

引言

電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行和不斷發(fā)展給國民經(jīng)濟和社會發(fā)展帶來了巨大動力和效益。而在電力系統(tǒng)中最為主要的設(shè)備就是發(fā)電機組設(shè)備，其中大容量機組在系統(tǒng)中占據(jù)著舉足輕重的地位，如何保障發(fā)電機在電力系統(tǒng)中的安全穩(wěn)定運行，就顯得至關(guān)重要。由于大容量機組一般采用直接冷卻技術(shù)，體積和質(zhì)量并不隨容量成比例增大，從而使得大型發(fā)電機各參數(shù)與中小型發(fā)電機已經(jīng)大不相同，因此故障和不正常運行時的特性也與中小型機組有了較大差異，給保護帶來復(fù)雜性。

一、發(fā)電機差動保護

1、比率制動式差動保護

差動電流、制動電流計算公式：

差動電流：Iop=|IT+IN| 制動電流：Ires=|（IT-IN）/2|

式中IT、IN分別為發(fā)電機機端和中性點二次電流，Iop為差動電流，Ires為制動電流；

當(dāng)發(fā)電機正常運行或外部故障時，可以計算得出差動電流。

Iop=0（不考慮不平衡電流）；而制動電流Ires=Id，此時保護不動作；

當(dāng)發(fā)電機內(nèi)部發(fā)生故障時，Iop=Id，而Ires=0，此時保護可靠動作；

動作方程：Iop>=Iop.0（Ires<=Ires.0時）

Iop>=Iop.0+S（Ires-Ires.0）（Ires>Ires.0時）

式中：Iop.0為最小動作電流；Ires.0為最小制動電流；S為比率制動斜率。

2、變斜率比率制動式差動保護

變斜率比率制動式差動的動作特點如下圖：

縱差保護的動作方程：

Id>Kb1 XIr + Icdqd（Ir

Kbl=Kb/l + Kblr X（Ir/Ie）

Id>Kbl2 X（Ir-nIe）+ b+Icdqd（Ir>=nIe）

Kblr=（kbl2-Kbl1）/（2X n）

B=（Kbl1+Kblr X n）X nIe

差動電流、制動電流的計算公式：差動電流：Id=|IT+IN| 制動電流：Ir=|IT+IN|

其中：Id為差動電流；Ir為制動電流；Icdqd為差動電流起動定值；Ie為額定電流；IT和IN分別為發(fā)電機機端和中性點CT二次電流；Kbl為比率差動制動系數(shù)；Kblr為比率差動制動系數(shù)增量；Kbl1為起始比率差動斜率；Kbl2為最大比率差動斜率；n為最大斜率時的制動電流倍數(shù)，固定取6。

二、變壓器差動保護

變壓器差動保護的動作特性同發(fā)電機差動相同，但由于變壓器差動存在多側(cè)差動，所以其差動電流和制動電流的計算公式也有所不同，如下式：

Ir =（|I1|+|I2|+|I3|+|I4|+|I5|）/2

式中：Id為差動電流；Ir為制動電流；I1、I2、I3、I4、I5分別為變壓器各側(cè)電流二次值。

三、常見的故障分析

1、外部回路故障

（1）電流互感器常見問題：電流互感器的誤差必然造成獲取電流的點位降低或突然升高，不利于微機信號采集的準(zhǔn)確性。發(fā)生這方面的問題，一是繞組問題，二是極性反向，三是設(shè)備老化，四是二次回路發(fā)生短路或斷開，造成瞬間釋放磁感應(yīng)電流劇增，發(fā)生一系列的誤動作；

（2）電壓互感器常見問題：檢查二次回路是否發(fā)生斷線和接地，經(jīng)常性的進行繞組、極性、老化的故障診斷，保證電壓互感器的正常穩(wěn)定運行；

（3）其他二次回路問題：二次回路絕緣降低：施工結(jié)束后幾年后，由于電纜下沉與盤柜摩擦、電纜屏蔽層接地不合格等原因，部分電纜的絕緣層出現(xiàn)破損現(xiàn)象，這些問題可能直接導(dǎo)致保護裝置不正確動作；

（4）二次回路接線錯誤：施工及檢修過程中，由于工作人員失誤，造成二次回路接線錯位，接線松動等，如不能及時發(fā)現(xiàn)，可能造成設(shè)備損壞和保護不正確動作的問題。如曾多次發(fā)生的交流電源串入直流回路中，導(dǎo)致機組停運等嚴(yán)重后果。

2、裝置電源故障

目前的繼電保護裝置多為微機式單片機保護，或小型芯片整合的電磁式繼電保護，為其提供電源的穩(wěn)定，是我們必須預(yù)防的重點，經(jīng)常性的檢測電源供電的質(zhì)量，保證繼電保護出口的正確動作，當(dāng)發(fā)現(xiàn)不合格或已經(jīng)發(fā)生故障的板子，盡快更換，保證保護設(shè)備的正確動作，不發(fā)生誤動。

四、發(fā)變組保護配置方案

1、發(fā)電機比率制動差動保護

發(fā)電機比率制動差動保護是以非穿越性電流作為動作指標(biāo)、以穿越性電流作為制動指標(biāo)，來區(qū)分被保護元件的正常運行狀態(tài)、發(fā)生故障的狀態(tài)和非正常運行狀態(tài)。正常運行狀態(tài)，穿越性電流又被稱為負(fù)荷電流，非穿越性電流從理論上講是零的。內(nèi)部相間短路運行狀態(tài)，造成非穿越性電流劇增。當(dāng)外部故障時，穿越性電流劇增。

2、發(fā)電機過負(fù)荷保護

發(fā)電機長時間超過額定負(fù)荷運行時作用于繼電信號的保護。中小型發(fā)電機只裝設(shè)定子過負(fù)荷保護；大型發(fā)電機應(yīng)分別裝設(shè)定子過負(fù)荷和勵磁繞組過負(fù)荷保護。保護由定時限和反時限兩部分組成，延時動作于程序化跳閘和沒有啟動的情況。

3、發(fā)電機失磁保護

作為發(fā)電機勵磁電流異常下降或完全消失的失磁故障的保護，并具備PT斷線閉鎖功能，PT斷線發(fā)信號。一種情況是滿足定子阻抗靜穩(wěn)和轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)，但系統(tǒng)母線電壓未低于允許值，經(jīng)t0動作于減出力，當(dāng)機端電壓低于允許值時，t1動作于切換廠用電；其次滿足定子阻抗靜穩(wěn)和低電壓判據(jù)，母線電壓低于允許值，當(dāng)機端電壓低于允許值時，經(jīng)延時t2動作于解列；再者滿足定子阻抗靜穩(wěn)判據(jù)，轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)，靜長延時t3動作于解列。

4、低勵、失磁保護

為防止大型發(fā)電機低勵（勵磁電流低于靜穩(wěn)極限所對應(yīng)的勵磁電流）或失去勵磁（勵磁電流為零）后，從系統(tǒng)中吸收大量無功功率而對系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響，100MW及以上容量的發(fā)電機都裝設(shè)這種保護。

5、主變差動保護

變壓器差動保護是變壓器的主保護，一般較大型變壓器都裝有差動保護。差動保護主要保護變壓器內(nèi)部線圈匝間短路，它的動作原理是利用變壓器高低壓兩側(cè)的兩組差動保護專用電流互干器完成。差動保護的保護范圍就是兩組互感器之間電流差或電壓差達到整定值的部分。

6、主變瓦斯保護

主變重瓦斯保護，瞬時動作于全停，不啟動失靈。重瓦斯保護能切換至信號；主變壓器輕瓦斯保護，動作于信號，它是主變內(nèi)部故障的主保護，其中輕瓦斯反應(yīng)油面下降或空氣進入，重瓦斯反應(yīng)內(nèi)部故障。但是，主變差動保護與主變瓦斯保護不能同時退出運行。

參考文獻：

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