燃?xì)馄啓C(jī)啟動過程對發(fā)電機(jī)差動保護(hù)的影響分析

李 穎

（唐山中厚板材有限公司，河北 唐山 063000）

燃?xì)馄啓C(jī)作為一種新型的發(fā)電裝置，不僅內(nèi)部的結(jié)構(gòu)較為緊湊，而且體積也較小，不少控制設(shè)計的理念也較為先進(jìn)。可以看出燃?xì)馄啓C(jī)啟動系統(tǒng)是一套非常先進(jìn)的啟動系統(tǒng)。本文結(jié)合實(shí)際案例具體分析燃?xì)馄啓C(jī)啟動過程對發(fā)電機(jī)差動保護(hù)的影響。

1 燃?xì)馄啓C(jī)概述

1.1 燃?xì)馄啓C(jī)概念

燃?xì)馄啓C(jī)本身是以連續(xù)流動的氣體作為動力來帶動葉輪進(jìn)行高速運(yùn)轉(zhuǎn)，并將燃料的能源轉(zhuǎn)化為內(nèi)燃動力的一種旋轉(zhuǎn)葉輪式熱力發(fā)動機(jī)。燃?xì)廨啓C(jī)由壓氣機(jī)、燃燒室和燃?xì)馔钙綑C(jī)三大部件組成。大多數(shù)燃?xì)廨啓C(jī)都是采用最為簡單的循環(huán)方式來進(jìn)行建設(shè)[1]。一般而言，燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)構(gòu)較為簡單，且在使用的過程中不僅體積較輕，啟動的速度也較快，具有較多的優(yōu)點(diǎn)。近年來，燃?xì)馄啓C(jī)作為一種高效環(huán)保的裝置一直都在推動世界向前發(fā)展。包括世界著名的西門子和三菱公司都有生產(chǎn)燃?xì)馄啓C(jī)，其本身運(yùn)行的效率都較高。

1.2 燃?xì)廨啓C(jī)啟動系統(tǒng)

燃?xì)廨啓C(jī)是一種新型的發(fā)電裝置，不僅結(jié)構(gòu)非常緊湊，而且體積較小。另外燃?xì)廨啓C(jī)本身的控制系統(tǒng)和控制理念都相對較為先進(jìn)。但是，從使用的過程中看，燃?xì)廨啓C(jī)啟動系統(tǒng)是一套非常穩(wěn)定和成熟的系統(tǒng)，由于涉及的理念和要求有所不同，可以有效地設(shè)計不同樣式的燃?xì)廨啓C(jī)。單軸布置方式和多軸布置方式為最常用的燃?xì)廨啓C(jī)。而燃?xì)廨啓C(jī)的啟動系統(tǒng)會對電機(jī)差動保護(hù)產(chǎn)生較大的影響。

1.3 燃?xì)廨啓C(jī)組的啟動方式

一般而言，燃?xì)廨啓C(jī)組的啟動方式如下：第一，直接斷開機(jī)斷路器GCB和接地開關(guān)，就能夠在之后直接斷開低壓側(cè)開關(guān)DSE。第二，作為高壓側(cè)的斷路器DL,可以直接向其他工廠內(nèi)部的用電系統(tǒng)供電[2]。第三，如果燃?xì)廨啓C(jī)組的轉(zhuǎn)速一旦達(dá)到整體的27%，則可以先清洗燃?xì)廨啓C(jī)組，之后再通過點(diǎn)火的方式來暖機(jī)。第四，可以先按照啟動、清洗、點(diǎn)火和其他順序來控制變頻電流，之后再在SFC和燃?xì)廨啓C(jī)組相互聯(lián)合的基礎(chǔ)上緩慢上升，并讓其轉(zhuǎn)速達(dá)到額定轉(zhuǎn)速的70%。

2 發(fā)電機(jī)差動保護(hù)

發(fā)電機(jī)差動保護(hù)又被稱為比率縱差保護(hù)。這是一種比較發(fā)電機(jī)兩端電流大小和方向的保護(hù)。這種保護(hù)方式能夠靈敏地反映出發(fā)電機(jī)組和線相之間的故障。這也屬于一種發(fā)電機(jī)相間短路之間的主保護(hù)。

在發(fā)電機(jī)差動保護(hù)的背景下，其可以表現(xiàn)出如下幾點(diǎn)優(yōu)勢：第一用戶可以根據(jù)實(shí)際運(yùn)行的情況來進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)，真正做到適合實(shí)際情況。第二，各大保護(hù)功能都會相對獨(dú)立，并可以將保護(hù)定值、時限和閉鎖條件結(jié)合在一起，并有效地進(jìn)行配置。第三，發(fā)電機(jī)差動保護(hù)能夠不依賴任何的通信網(wǎng)絡(luò)及逆行保護(hù)，從而滿足電力系統(tǒng)對保護(hù)提出的要求。

3 燃?xì)馄啓C(jī)啟動過程對發(fā)電機(jī)差動保護(hù)的影響

在燃?xì)馄啓C(jī)運(yùn)行的過程中，其會對發(fā)電機(jī)差動保護(hù)產(chǎn)生如下的影響：

3.1 對相關(guān)參數(shù)的影響

在一般情況下，其大型燃汽機(jī)組將會直接從靜止變頻器一端開始拖動，從而有效地啟動?？梢钥闯觯o止變頻器本身的容量會是發(fā)電機(jī)額定容量的2%。二期額定電壓也會是發(fā)電額定電壓的1/6?？梢钥闯觯漕~定輸出的電流為：

可以看出，算式中的SsN指的是靜止變頻器內(nèi)部的額定容量，USN指的是變頻器內(nèi)部額輸出電壓，SgN、UgN和IgN指的分別是發(fā)電機(jī)的額定容量、發(fā)電機(jī)的額定電壓和發(fā)電機(jī)的額定電流。

3.2 啟動過程中存在的短路電流

在啟動短路電流時，需要全面考慮燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組在啟動、清洗和暖機(jī)過程中所耗費(fèi)的時間。在實(shí)際剛啟動的過程中，發(fā)電機(jī)的頻率較低，大約只是額定功率的1/10。在計算啟動過程中的三相短路電流值為：

其中，式子中的Iks.max指的是啟動過程中存在的三相短路電流，Eqos指的是啟動過程中，發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的橫軸感應(yīng)電勢，xds指的是啟動過程中發(fā)電機(jī)本身的額電抗?fàn)顟B(tài)。只有明確每個變量不同的內(nèi)涵，才能夠更好地明確燃?xì)馄啓C(jī)啟動過程中對發(fā)電機(jī)差動保護(hù)的影響。

3.3 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)TA的正確傳變

一般而言，發(fā)電機(jī)用的電流互感器內(nèi)部的二次容量值一般較大，但是，其最小值也只有50VA。如果二次額定電流為5A，所帶的最大的負(fù)荷阻抗為ZTR/fzn=2Ω。當(dāng)二次額定電流設(shè)定為1A時，其所帶的最大的負(fù)荷阻抗為ZTAfzn=50Ω。從以上的數(shù)據(jù)可以看出，1A所能夠帶來的最大負(fù)載是5A的25倍。所以，在一般工程發(fā)展的過程中，都可以選擇1A電流。但是，大多數(shù)人還是選擇5A的器具。

3.4 TA二次負(fù)荷

電流互感器內(nèi)部的TA的二次負(fù)荷主要是由連線導(dǎo)線抗組、保護(hù)裝置和接觸電阻組成的。內(nèi)部的TA二次負(fù)荷可以被寫成：

Zfzn=Rjx+Rjx+jXsr+Rjc

其中，算式中的Rjx和Xjx分別表示導(dǎo)線內(nèi)部的連線電阻和電抗。如果其電阻的截面積為2.5mm2，其長度為50m，則其電阻率會變?yōu)?.22Ω.m，電抗率主要為0.12Mω/m。其電阻率將為電抗率的76倍[3]。其中，Rsr和Xsr主要為保護(hù)裝置內(nèi)部的輸入電阻電抗。如果保護(hù)裝置內(nèi)部的值表明為5A，則其最大功率的消耗值將不大于1VA，最終，其輸入阻抗的值為0.04Ω，但接觸頭內(nèi)部的電阻不會相差超過0.05Ω。如果只是按照4個接觸頭來計算，則其接觸電阻最終為0.2Ω。

3.5 低頻啟動TA勵磁阻抗

在實(shí)際操作的過程中，低頻過程中啟動的機(jī)端短路電流將會是發(fā)電機(jī)額定電流的6.65倍。其流過中性點(diǎn)一側(cè)互感器內(nèi)部的最小電流也將會是接近發(fā)電機(jī)的額定電流。內(nèi)部最大的電流將會比正常運(yùn)行的三相電流大1.7倍。所以，整體工作的磁場和密度都不會小，勵磁阻抗并沒有發(fā)生實(shí)質(zhì)性的變化。所以，在實(shí)際執(zhí)行的過程中，TA即便不會飽和卻也能夠傳輸二次電流，但是卻也不會影響發(fā)電機(jī)差動保護(hù)的發(fā)生。

3.6 低頻過流保護(hù)

低頻過流保護(hù)裝置與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)互感器將會保持一致。內(nèi)部的短路點(diǎn)與保護(hù)區(qū)外部的點(diǎn)將會保持一致。所以，從實(shí)際發(fā)展的過程看，差動保護(hù)將不能夠反應(yīng)保護(hù)狀態(tài)。SFC能夠在短時間內(nèi)能夠快速關(guān)斷所提供的短路電流。但是，在實(shí)際發(fā)電勵磁作用下仍然會存在較大大電流，必要時則需要靠新增設(shè)的低頻過流保護(hù)動作來有效地停機(jī)。

可以看出，TA確實(shí)能夠傳遞二次電流，所有低頻過流保護(hù)都能夠反應(yīng)正確的動作。其與動作相關(guān)的整定值可以和變頻器的額定電流聯(lián)合在一起，最終變成低頻過流保護(hù)整定值。

Idp.set=KrelIs.Imax/NTA=0.12KrelIgN=0.16IgN/NTA

可以看出，算式中的Is.max指的是靜止變頻器，SFC表示的最大額定輸出電流。通過計算可以得知Is.max=0.12。其中，Krel為可靠的系數(shù)，總體數(shù)值介于1.2-1.3。從上文的描述也可以看出，低頻過流保護(hù)是由低頻過流元件和SFC起動裝置、合閘開關(guān)、主斷路器和其他輔助接點(diǎn)有效地組成的。一般也可以設(shè)定短延時值來有效地躲避變頻器產(chǎn)生的干擾影響。

4 結(jié)論

通過分析汽輪機(jī)啟動過程中所表現(xiàn)出的特征，就可以明白啟動過程中短路電流產(chǎn)生的變化和其他負(fù)載的情況。因此可以得知，雖然燃?xì)廨啓C(jī)的容量和汽輪機(jī)配置大致相同。但是，在實(shí)際啟動的過程中，發(fā)電機(jī)差動保護(hù)的性能也就會隨之下降，甚至在操作的過程中存在死區(qū)[4]。在實(shí)際操作的過程中，SFC開關(guān)雖能夠在短時間內(nèi)斬斷短路電流，但在電機(jī)勵磁作用下仍然會產(chǎn)生較大的短路電流。所以，必要時一定要通過增設(shè)低頻過流保護(hù)裝置來提升發(fā)電機(jī)本身的流動性和靈敏性。