大型发电厂发变组保护整定探讨

大型发电厂发变组保护整定探讨

邓海江

广东拓奇电力技术发展有限公司510725

摘要：近年来，大型发变组保护原理的理论研究主要集中在基于先进智能算法的新型保护原理、传统保护方案的改良与深化，以及针对现场运行问题的适应性分析研究等几个方面。有关大型发变组继电保护配置方案、定值整定计算的一般方法步骤及其工程实践等保护应用问题研究较为薄弱，缺少系统分析归纳。基于此，笔者展开以下简述。

关键词：大型发电厂；发变组保护；整定

一、大型发电厂发变组保护概述

1.发电机差动保护原理

发生在发电机内部的相间短路是最严重的故障，如果没有保护有效切除故障，将导致发电机发生严重损坏甚至烧毁，因此要在定子绕组装设快速动作的保护装置，当发生相间短路故障时快速动作，在发电机能承受的时间范围内切除故障或者全停。差动保护是对被保护元件的始端电流和末端电流的向量进行比较，如果大于定值则保护动作的原理构成，如图1-1，将发电机中性点电流和靠近出口断路器的机端电流用电流互感器引入差流回路中。

（1）正常运行时，发电机中性点侧和机端侧一次电流幅值和相位都相等，就有I1=I2，由图1-1可见，流进电流继电器的电流为两侧二次电流差，如果提供I1、I2的电流互感器的特性一样，我们可以得出差流Id为0，继电器不会动作。

（2）当在保护范围外发生故障我们称为区外故障，如图1-2，K1点发生单相接地短路故障，此时流过电流继电器的电流跟正常运行时一样，可以用表达式Id=I1-I2来表示，同样我们给出条件，当I1、I2提供电流互感器的特性完全相同时，Id=0。但在工程实际中电流互感器的特性不可能完全一样，因此，Id=I1-I2≠0，差流继电器中会有电流流过，我们将这个电流叫做不平衡电流，当这个不平衡电流不超过差动保护的定值时，保护不会动作。

图1-1正常运行时发电机电流的流向图图1-2故障时发电机电流的流向图

2.发变组相关数据和参数

本文以某新建火电厂的燃-汽循环机组的汽轮发变组为代表，对整定计算过程中容易出现的问题进行分析和验证。燃-汽循环机组典型的发变组电气主接线图如图1-3所示。

图1-3电气主接线图

由图1-3可知，主变压器与发电机之间无发电机出口断路器，由封闭母线连接。该电厂汽轮发电机通过汽机主变压器升压并入220kV母线。发变组基本参数如下：发电机额定容量为74.1MV•A，额定功率63MW，定子额定电压10.5kV，定子额定电流4074A，直轴超瞬变电抗为0.15955，发电机中性点综合对地电容为0.36μF，中性点接地变变比为10.5kV/0.22kV，阻值为0.48Ω。

主变压器额定容量为80MV•A，额定电压为（242±2×2.5%）/10.5kV，额定电流为190.8A/4398.9A，短路阻抗百分比为13.92%，连接组标号为YNd11。电流互感器采用5P型号的电流互感器，其中主变高压侧的TA变比为1250A/1A。

二、发电机失磁保护

1.发电机失磁保护构成

发电机低励失磁保护的构成基本原理定子回路可以作为低励、失磁保护判据的特征主要有以下几种：

（1）无功功率改变方向；（2）超越静稳边界；（3）进人异步边界；（4）转子功角变化。

在正常情况下，发电机有可能进相运行，或在发生短路、系统振荡、长线充电、自同步或回路断线等异常运行方式下，机端测量阻抗的轨迹都可能进人第三、四象限，超越静稳边界和异步边界。因此，上述几种特征并非发电机低励、失磁过程中独有的特征，要保证保护的选择性还必须加上其他特征作为保护的辅助判据。

2.RCS985系列发变组失磁保护判据

RCS985系列发变组失磁保护是为了保护发电机励磁回路发生低励或者失磁故障时对发电机的损坏。RCS985系列发变组失磁保护采用的四种判据相互配合，完成对发电机低励或者失磁故障时的保护。

（1）低电压判据

一般取母线三相电压，也可选择发电机机端三相电压。三相同时低电压判据：

Upp<Ulezd（式2.1）

对于取自母线电压，TV断线时闭锁本判据。取自机端三相电压，一组TV断线时自动切换至另一组正常TV。

（2）减出力判据

减出力采用有功功率判据：P>Pzd失磁导致发电机失步后，发电机输出功率在一定范围内波动，P取一个振荡周期内的平均值。Pzd按机组容量的（40～50）%整定，在失磁的情况下，当满足该条件时，完成减出力。

三、大型火力发电厂发变组保护配置

1.一般配置要求

为了满足电力系统稳定方面的要求，对于机组故障要求快速切除。从机组发热方面来说，为了不损坏发电机，当机端发生故障时，要求在百毫秒级内切除故障。为此，要保证保护正确快速动作，就需要对发电机变压器组设置双套快速保护。目前普遍采用的方案如下：

（1）装设发电机差动保护、升压变压器差动保护和发电机变压器组差动保护，构成双重快速保护，保护区只伸至高压母线侧电流互感器。然而由于保护范围的影响，变压器高压侧和断路器之间还存在死区，还需要一套保护来消除这一弊端，这就是全阻抗保护。全阻抗保护动作阻抗按母线短路时保证能可靠动作整定（即灵敏系数≥1.25），以延时躲过振荡，一般动作延时可取0.5～1s。

（2）在发电机中性点侧装设一套符合电流速断保护，对发电机、发电机到变压器的引线以及变压器的一部分装设双重快速保护。复合电流速断保护按发电机端两相短路时保证机组安全整定，为躲过振荡，一般不装设振荡闭锁装置而采用增加整定值和一短时限（取为0.5s）来躲过振荡。在变压器高压侧装设一套全阻抗及高压母线的后备保护，其动作阻抗按母线短路时能保证可靠动作整定，并按要求灵敏系数Km≥1.25的整定条件以延时躲过振荡，同时其延时应根据高压侧母线短路时为确保机组安全所决定的时间整定，一般取t=0.5～1s。

2.电厂发变组保护组屏方案

在进行变压器和发电机的设计时应根据发变组差动保护配置的实际需求而进行。比如要考虑到发电机的容量大小、接地的方式和主要接线方式、发电机的运行方式等，遵循在发电机发生异常情况时主保护及后备保护能可靠动作的原则。同时，为了确保所有的保护功能都由整套设备来承担，同时也是为了在发生故障时设备能迅速响应，发变组保护装置使用双重化的保护配置很有必要。目前普遍被电力系统使用的发变组保护装置是南瑞RCS-985型装置，这也是当前来说较新的发变组设备。

参考文献：

[1]高春如.大型发电机继电保护整定计算与运行技术[M].中国电力出版社，2005.

[2]吴凯.有关于大型发电厂发变组保护整定分析[J].电气工程，2017.

[3]卢耀辉.基于大型发电厂发变组保护整定的微探[J].基层建设，2018.