林益江，王　偉（浙江同濟科技職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州 311231）

農(nóng)村水電站微機型發(fā)電機保護裝置的特性試驗

林益江，王偉
（浙江同濟科技職業(yè)學(xué)院，浙江 杭州 311231）

繼電保護是保證電力元件安全運行的基本裝置，任何電力元件不得在無繼電保護的狀態(tài)下運行。繼電保護及安全自動裝置的校驗，是指按照規(guī)程要求及設(shè)備運行工況，對機電保護設(shè)備及安全裝置進行定期或不定期的檢查和修理，以保持、恢復(fù)或提高設(shè)備完好性。本文主要對微機型發(fā)電機保護的保護特性及邏輯回路的現(xiàn)場檢驗進行描述和分析，為同類型水電站發(fā)電機保護裝置校驗的現(xiàn)場作業(yè)提供借鑒。

農(nóng)村水電站；微機型繼電保護；特性試驗

1　試驗前的準(zhǔn)備

根據(jù)實際情況適當(dāng)安排負責(zé)人和工作班成員，根據(jù)工作內(nèi)容帶上相應(yīng)的圖紙和檢修規(guī)程或作業(yè)指導(dǎo)書。根據(jù)工作內(nèi)容，選用適當(dāng)?shù)陌踩O(shè)備和檢修工具：

（1）調(diào)試計算機。

（2）繼電保護測試儀（標(biāo)準(zhǔn)三相電壓源和電流源）。

（3）試驗連接線。

（4）帶漏電保護的電源插座。

（5）萬用表。

（6）帆布手套和口罩。

（7）手電筒、尖嘴鉗、剝線鉗、斜口鉗等常用電工工具。

（8）小型套筒扳手、小型標(biāo)準(zhǔn)一字和十字螺絲刀。

（9）無水乙醇、清潔干布和軟毛刷。

（10）聚氯乙烯帶、電氣膠帶、扎帶、白布帶、絕緣膠布等。

（11）電烙鐵、焊錫絲、吸錫器等焊接工具。

（12）標(biāo)簽機、號頭機、標(biāo)簽紙、號頭套管。

2　試驗現(xiàn)場的安全技術(shù)措施

根據(jù)工作性質(zhì)和內(nèi)容，填寫相應(yīng)的工作票，采取適當(dāng)?shù)陌踩夹g(shù)措施。檢修作業(yè)開工前，由工作負責(zé)人向工作班成員交代工作任務(wù)、工作地點、安全措施及安全注意事項。主要安全措施如下：

（1）機組處于停機狀態(tài)。

（2）停用保護設(shè)備所有出口連接片。

（3）斷開保護裝置的電源。

（4）取下保護盤中電壓互感器二次側(cè)熔斷器。

（5）斷開保護盤上發(fā)電機KOU的操作電源。

（6）在端子排上斷開所用電流互感器和電壓互感器回路端子連接片，并封電流互感器回路電纜側(cè)。

（7）在端子排上解開發(fā)電機保護所有出口回路電纜，并用絕緣膠布包扎。

（8）在端子排上解開發(fā)電機保護盤上所有信號回路正電，并用結(jié)緣膠布包扎。

所有拆開回路均記錄本上，并有專人監(jiān)督。

3　現(xiàn)場檢驗內(nèi)容

3.1發(fā)電機差動保護

試驗條件：差動保護控制字置“1”投入；電流互感器斷線閉鎖發(fā)差控制字位置“0”解除閉鎖；發(fā)電機差動保護出口控制字位清“0”，使出口為單相差動方式。

試驗方法如下：

（1）差動動作電流整定值測試

1）采用在發(fā)電機機端或中性點側(cè)或其他側(cè)電流端子中任一相加電流的方式；

2）分別在任一側(cè)加一相電流；

3）加入電流值大小為△Imin（平臺定值）；

4）加突變電流讓差動出口燈亮，連續(xù)做3次，記錄動作值與整定值誤差小于5％。

（2）比率制動特性測試

1）同時在任意相兩側(cè)加同方向電流；

2）取一I2值（＞△Imin），根據(jù)整定值計算出對應(yīng)的I1值，同時加突變電流讓差動保護出口燈亮，連續(xù)3次，如不動作可增加I1、I2中大的電流或減少I1、I2中小的電流，應(yīng)滿足Kr與整定值誤差小于5％；

3）另取一I2值（＞△Imin），根據(jù)整定值計算出對應(yīng)的I1值，同時加突變電流讓差動保護出口燈亮，連續(xù)3次，如不動作可增加I1、I2中大的電流或減少I1、I2中小的電流，應(yīng)滿足Kr與整定值誤差小于5％；

4）根據(jù)兩組數(shù)據(jù)可確定比率制動特性。

（3）差動速斷值測試

1）采用在發(fā)電機機端或中性點側(cè)或其他側(cè)電流端子中任一相加電流；

2）分別在任一相加電流；

3）加入電流值大小為△Id.KF（速斷定值）

4）加突變電流讓差動保護出口燈亮，連續(xù)做3次，記錄動作值，與整定值誤差應(yīng)小于5％。

（4）電流互感器斷線閉鎖差動測試

電流互感器斷線閉鎖差動只有在發(fā)差動出口方式控制字位置“1”時才有效。

1）將電流互感器斷線閉鎖差動控制字位寫“1”投入，則發(fā)差不動作，而只有電流互感器斷線信號；

2）分別在任一側(cè)加一相電流；

3）加入電流值大小為大于15％ITVN（額定電流）；

4）突變加電流，連續(xù)加3次，差動出口燈不亮。

（5）動作時間測試

突然加1.2倍整定電流到出口燈亮，連續(xù)做3次，記下動作時間值，動作值與整定值誤差小于5％。

3.2發(fā)電機定子不對稱故障

實驗條件：定子不對稱故障保護控制字置“1”投入；從三相電流端子加對稱正序電流時，顯示I2=0；加負序電流顯示不正確；從三相電壓端子加對稱電壓時，顯示U2=0；加負序電壓顯示正確；模擬單相加電流（電壓）IA（UA）時，有I2（U2）=1/3IA（UA）。

實驗方法如下：

（1）轉(zhuǎn)子二次諧波定值測試

1）將轉(zhuǎn)子二次諧波閉鎖負序方向控制字清“0”；

2）從端子加二次諧波（100 Hz）電壓；

3）從機端電壓端子加上對稱負序電壓（無條件時用A相電壓），且大于整定值以滿足動作條件，同時突加二次諧波和負序電壓，讓出口燈亮，以便檢查轉(zhuǎn)子二次諧波閉鎖負序方向的作用。要求動作值與整定值誤差小于5％。

（2）發(fā)電機解列狀態(tài)下，負序電壓定值整定測試

1）將轉(zhuǎn)子二次諧波閉鎖負序方向控制字清“0”。

2）將方式開關(guān)置“運行”位置，總清程序。

3）從機端電壓端子加對稱負序電壓（或用A相電壓，所加電壓為整定值3倍），Iph=0；

4）突然加負序電壓，讓出口燈亮，要求動作值與整定值誤差小于5％。

（3）發(fā)電機并列狀態(tài)下，故障分量負序方向測試

1）從機端A相電流端子和A相電壓端子加電流和電壓模擬負序。

2）固定電流相位改變電壓相位，突然同時加入電流、電壓，讓出口燈。

3）所加I2應(yīng)大于I2set，Iph應(yīng)大于Iphset；模擬正方向時，最好滿足U2=I2Xs；模擬反方向時，最好滿足U2=I2Xg。

4）突然同時加電流、電壓，讓出口燈亮，要求動作值與整定值誤差小于5％。

5）根據(jù)動作區(qū)求出靈敏角（應(yīng)為75°～85°）。

（4）動作時間測試

突然加1.2倍整定值的負序電流、電壓值，出口燈亮，連續(xù)做3次記下動作時間值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

3.3發(fā)電機過電壓

實驗條件：定子過電壓保護控制字置“1”投入。

實驗方法如下：

（1）從U相電壓端子加線電壓，滿足Uac＞Uset；逐漸升電壓值達到保護啟動。經(jīng)t延時，到出口燈亮，記下電壓值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

（2）電壓元件時間測試。突然加1.2倍整定電壓值經(jīng)t延時，到出口燈亮，連續(xù)做3次，記下動作時間值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

3.4復(fù)合過電流保護

試驗條件為：低壓過電流保護控制字置“1”投入；從Uac相電壓端子加線電壓；從三相電流端子加電流。

試驗方法如下：

（1）電流元件整定測試

1）在任一相電流輸入端子外加電流，而不加電壓；

2）由于低電壓滿足要求，因此只要逐漸加電流達到保護啟動，經(jīng)時間t延時，到過電流元件動作，出口燈亮，記下電流值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

（2）電壓元件整定測試

1）在任一相電流輸入端子加電流大于整定值；

2）機端AC電壓輸入端子加電壓100 V；

3）由于電流滿足要求，因此要求只要逐漸降低電壓達到保護啟動，經(jīng)時間t延時，到低壓過電流保護動作，出口燈亮，記下電壓值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

（3）電流記憶測試

1）本保護可設(shè)置為帶記憶的低壓過電流保護，將帶記憶，過電流記憶控制字置“1”投入；

2）在機端A、C電壓輸入端子加電壓40 V；

3）在任一相電流輸入端子突然加電流大于整定后立即退出；

4）由于過電流記憶作用，因此只要逐漸降低電壓達到保護啟動。經(jīng)時間t延時，到低壓過電流保護動作，出口燈亮，記下電壓值。要求動作值與整定值誤差小于5％。

（4）動作時間測試

不加電壓，突然加1.2倍整定電流值經(jīng)t延時，到出口燈亮，連續(xù)做3次記下動作時間值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

3.5發(fā)電機失磁保護

試驗條件：失磁保護控制字置“1”投入；電壓互感器斷線保護控制字置“0”退出。

試驗方法如下：

（1）靜穩(wěn)阻抗（帶無功功率方向）邊界判據(jù)測試

1）如有靜穩(wěn)阻抗Ⅱ段判據(jù)，將靜穩(wěn)阻抗Ⅱ段控制字清“0”；

2）用單相法測試；

3）從A相電壓端子加Ua電壓；

4）從A相電流端子加Ia電流（如2 A）；

5）固定電流相位，改變電壓相位，測動作；

6）改變電壓大小，測動作阻抗。

注意：阻抗圓特性只有三、四象限，一、二象限比無功功率方向元件去掉（無功功率方向范圍-15° ～-165°左右）；阻抗受電壓互感器斷線閉鎖，應(yīng)做相應(yīng)測試。

（2）轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)測試

1）動作方程Uf＜Kf（P-PT）；

2）在機端電壓模擬量A相輸入端子加電壓UA，在機端（或中性點）電流模擬量A相輸入端子加電流IA，并且電流IA超前電壓UA30°左右，滿足所加功率P=（IAUAcos30°）＞PT；

3）在轉(zhuǎn)子直流電壓輸入保險端子Rf+與Rf-之間加直流電壓100～200 V；

4）逐漸降低直流電壓達到“轉(zhuǎn)子低壓信號”燈亮；

5）改變電流或電壓對應(yīng)不同的P，測出不同的動作電壓值，記下電壓值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

（3）系統(tǒng)低壓判據(jù)測試

1）從系統(tǒng)三相電壓端子并加三相系統(tǒng)電壓60V；

2）逐漸降低電壓達到保護啟動，經(jīng)t延時，到系統(tǒng)低壓保護動作發(fā)信，記下電壓值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

（4）靜穩(wěn)阻抗+系統(tǒng)低壓判據(jù)測試

1）從系統(tǒng)三相電壓端子并加三相系統(tǒng)電壓10 V；

2）從A相電壓端子加UA電壓；

3）從A相電流端子加IA電流（如2 A）；

4）電流IA超前電壓UA角度為90°左右，同時給上系統(tǒng)電壓IA、UA達到失磁段保護Ⅰ段啟動，經(jīng)時間t1延時，失磁保護Ⅰ段動作出口，邏輯正確。

（5）靜穩(wěn)阻抗+轉(zhuǎn)子低壓判據(jù)測試

1）不加轉(zhuǎn)子電壓；

2）從A相電壓端子加UA電壓；

3）從A相電流端子加IA電流（如2 A）；

4）電流IA超前電壓UA角度為90°左右，同時給上IA、UA達到失磁段保護Ⅱ啟動，經(jīng)時間t2延時，失磁保護Ⅱ段動作出口，邏輯正確。

（6）靜穩(wěn)阻抗Ⅱ段判據(jù)測試

1）強靜穩(wěn)阻抗Ⅱ段控制字（CⅡ：D7位）置“1”；

2）從A相電壓端子加UA電壓；

3）從A相電流端子加IA電流（如2A）；

4）電流IA超前電壓UA為90°左右，同時給上IA、UA達到靜穩(wěn)阻抗Ⅱ段啟動，經(jīng)t3延時，靜穩(wěn)阻抗Ⅱ段動作出口，邏輯正確。

（7）動作時間測試

以上各動作邏輯，突然加0.8（或1.2）倍整定值經(jīng)時間t1（或t2、t3）延時，到出口燈亮，連續(xù)做3次，記下動作時間值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

3.63U0定子一點接地保護

實驗條件：將3U0定子接地保護控制字置“1”投入。

試驗方法如下：

（1）電壓元件定值測試

1）從開口三角電壓端子加基波電壓；

2）逐漸升電壓值達到保護啟動，經(jīng)時間t延時，到信號燈亮，記下電壓值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

（2）電壓元件時間測試

突然加1.2倍整定電壓值經(jīng)時間t延時，到出口燈亮，連續(xù)做3次，記下動作時間值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

3.73U0發(fā)電機定子接地保護

實驗條件：將3U0定子接地保護控制字置“1”投入。

試驗方法如下：

（1）自適應(yīng)式3U0定子接地保護測試

1）動作方程

式中k3——自適應(yīng)跟蹤系數(shù)；

k3w——3ω定子接地保護制動系數(shù)。

2）從機端三相電壓端子加三相基波電壓55 V；

3）從開口三角電壓端子加三次諧波電壓1 V；

4）從消弧線圈電壓端子加三次諧波1 V；

5）開口三角電壓不變，將消弧線圈電壓突然降至0V后保護應(yīng)該啟動，經(jīng)時間t延時，信號燈亮，邏輯正確，并連續(xù)做3次，記下時間值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

（2）絕對值比較式3U定子接地保護測試

1）動作方程

2）從機端三相鍛壓端子并加三相基波電壓55V；

3）從開口三角電壓端子加三次諧波電壓1 V；

4）從消弧線圈電壓端子加三次諧波電壓1 V；

5）開口三角形電壓不變，將消弧線圈電壓逐漸降低達到保護啟動，經(jīng)時間t延時時，到信號燈亮，邏輯正確，并連續(xù)做3次，記下時間值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

3.8發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點接地保護

試驗條件：將發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點接地保護控制字置“1”投入。

試驗方法如下：

（1）接地電阻定值測試

1）將轉(zhuǎn)子直流電壓輸入保險端子Rf+與Rf-之間短接；

2）在Rf+與Rf-之間短接點與發(fā)電機大軸端子之間接一可調(diào)電阻；

3）減少電阻值達到保護啟動，經(jīng)時間t延時，到信號燈亮，記下電阻值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

（2）發(fā)信號時間測試

突然加0.8倍整定電阻值經(jīng)時間t延時，到信號燈亮，連續(xù)作3次，記下動作時間值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

3.9發(fā)電機定時限負載過電流保護

試驗條件：將發(fā)電機負載過電流保護控制字置“1”投入；從三相電流端子加對稱正序電流時，I2=0；改加負序電流正確動作。

試驗方法如下：

（1）負序電流元件定值測試

1）在電流輸入端子任一相加電流，模擬單相法試驗；

2）負序電流為所加電流的1/3；

3）逐漸升電流值達到保護啟動，經(jīng)時間t延時，到出口燈亮，記下電流值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

（2）負載過電流時間測試

突然加1.2倍整定電流值，經(jīng)時間t延時，到出口燈亮，連續(xù)做3次記下動作時間值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

3.10發(fā)電機定時限過負荷保護

試驗條件：將發(fā)電機過負荷保護控制字置“1”投入；從三相電流端子加電流。

試驗方法如下：

（1）過負荷電流元件定值測試

1）在電流輸入端子任一相加電流，模擬單相法試驗；

2）逐漸升電流值達到保護啟動，經(jīng)時間t延時，到出口（或發(fā)信號）燈亮，記下電流值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

（2）過負荷動作時間測試

突然加1.2倍整定電流值，經(jīng)時間t延時，到出口（或發(fā)信號）燈亮，連續(xù)做3次，記下動作時間值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

3.11電壓互感器斷線保護

試驗條件：將電壓互感器斷線保護控制字置“1”投入。

試驗方法如下：

（1）保護整定測試

1）加三相電壓，不加3U電壓。同時在加三相電壓50 V；

2）降某一相電壓（如A相）達到保護啟動，經(jīng)時間t延時，出口信號燈亮（部分斷線）或者斷開一相電壓（全斷線）；

3）加某一相電壓（如A相），同時加3U電壓，電壓互感器斷線燈應(yīng)不出口；

4）電壓互感器兩相斷線應(yīng)動作無異常。

（2）發(fā)信號時間測試

突降某一相電壓（如A相）達到保護啟動，經(jīng)時間t延時，出口信號燈亮，連續(xù)做3次，記下動作時間值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

3.12電流互感器斷線保護

對于發(fā)電機差動的電流互感器，因無三角形接法，且故障只有相間類型。故有：

則為A相斷線；

則為B相斷線。

則為C相斷線

式中IdA、IDB、IdC——A、B、C相差流；

IA1、IA2、IB1、IB2、IC1、IC2——三相兩側(cè)電流

試驗條件：將電流互感器斷線保護裝置字置“1”投入。

試驗方法如下：

（1）保護定值測試

1）對于發(fā)電機差動保護電流互感器，則在任一側(cè)任一相加電流（＞15％，＜12％）；

2）加電流達到保護啟動，經(jīng)時間t延時，出口信號燈亮（單相斷線），此時加電流相為斷線相。

（2）發(fā)信號時間測試

加電流達到保護啟動，經(jīng)時間t延時，出口信號燈亮，連續(xù)做3次，記下動作時間值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

4　結(jié)語

通過對微機型發(fā)電機保護的保護特性及邏輯回路檢驗的分析和研究，我們發(fā)現(xiàn)，計算機監(jiān)控系統(tǒng)的安全可靠運行除了有穩(wěn)定的運行軟件和可靠的硬件之外，還與機組的運行環(huán)境有關(guān)。監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計和調(diào)試的整定參數(shù)要隨著機組運行環(huán)境變化而作及時、相應(yīng)的調(diào)整或修改。此外，熟悉微機型發(fā)電機保護的保護特性及邏輯回路檢驗現(xiàn)場作業(yè)的方法和步驟是保證繼電保護及安全自動裝置安全可靠運行的重要環(huán)節(jié)。

［1］中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T8564-2003水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范 ［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

［2］中華人民共和國電力工業(yè)部.DLT 596-2005電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1997.

［3］傅森林，吳玉泉.泉安水電站報廢重建機組降壓改造［J］.中國水能及電氣化，2009（6）：51-53.

［4］張 巍，徐錦才，徐國君，等.水電站實時監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的優(yōu)化設(shè)計［J］.小水電，2004（4）：38-43.

［5］林益江，盧麗珍，張仁貢.中小型水電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)的故障分析與處理［J］.水電能源科學(xué)，2009（5）：275-278.

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TM774

A

1672-5387（2016）05-0017-05

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2016-04-03

林益江（1964-），男，講師，研究方向：電氣設(shè)備控制。