微机型发变组保护基本原理及整定

发表时间:2018/5/8   来源:《电力设备》2017年第34期   作者:陈井
[导读] 摘要:随着电力工业的发展,高度智能化、数字化的微机保护装置在电力系统得以广泛应用,继电保护测试装置及测试技术也在不断发展进步。
        (大唐贵州野马寨发电有限公司  贵州省六盘水  553000)
        摘要:随着电力工业的发展,高度智能化、数字化的微机保护装置在电力系统得以广泛应用,继电保护测试装置及测试技术也在不断发展进步。微机型发变组保护装置显示了其独特的优点和强大的功能,在调试、运行维护方面己取得显著成果,实践证明正确动作率也是较高的。基于此,本文主要对微机型发变组保护基本原理及整定进行分析探讨。
        关键词:微机型;发变组保护;基本原理;整定
        前言
        近年来。微机型继电保护测试仪已成为电力系统的生产、调试、运行以及科研等部门不可或缺的专用设备。微机型继电保护测试仪是以微型计算机为主体。由微机计算产生电压、电流信号,经D/A变换、低通滤波,得到继保测试中所需要的电压和电流激励量。微机保护在保护配置和整定方面非常灵活,但也有厂家追求其灵活性,人为增加保护配置和整定的复杂程度,容易造成误整定。
        1、发变组主要保护的原理及整定
        1.1发电机纵差保护
        发电机完全纵差保护是发电机相间故障的主保护,其动作灵敏度较高,但不能反应定子绕组的匝间短路及线棒开焊。目前,国内生产及广泛应用的发电机差动保护装置一般采用具有二段折线式动作特性的差动元件(如图1所示),也有厂家采用变斜率(变制动系数)的动作特性,实际上是多段折线式的动作特性。
 
        图 1 发电机纵差保护的动作特性
        由纵差保护的动作特性可以看出,对其定值的整定,主要是确定比率制动系数Kz,最小动作电流Iqd和拐点电流Izd。整定原则:最小动作电流Iqd按躲过正常工况下的最大不平衡电流来整定,规程规定,一般取0.1~0.3倍Ig(额定电流),实际整定中一般取0.2~0.3倍Ig;当定子电流小于额定电流时不需要有制动作用,所以拐点电流Izd一般取等于或略小于额定电流即可;比率制动系数Kz应按躲过区外三相短路时产生的最大不平衡电流来整定,按式(1)计算一般在0.1~0.15之间,实际整定一般取0.3~0.4。
        Kz=(Ib.max-Iqd)/(Iz.max-Izd)(1)
        式中:Ib.max为最大穿越性电流所产生的不平衡电流,Iz.max为最大穿越性电流所产生的制动电流。
        1.2变压器纵差保护
        变压器纵差动保护是变压器内部及引出线上的相间短路和接地、内部匝间短路和接地故障的主保护。目前,微机保护中变压器纵差保护采用软件移相及软件向量计算来消除零序电流,采用二次谐波闭锁或波形识别技术躲过励磁涌流,另外,保护能可靠判别TA断线并采取闭锁措施。变压器纵差保护采用具有比率制动特性的差动元件,应用较多的是II段折线动作特性,为防止内部故障电流很大时引起互感器饱和延迟保护动作,采用不带制动的差动速断作为补充。
        整定原则:最小动作电流Iqd按躲过正常工况下的最大不平衡电流来整定,按公式计算一般在0.2倍Ig左右,一般工程实际取0.3~0.5倍Ig;拐点电流Izd整定同发电机差动保护;比率制动系数Kz应按躲过变压器出口三相短路时产生的最大不平衡差流来整定,由于变压器两侧TA特性及变比不一致,Ib.max较大,所以计算的比率制动系数一般大于0.3,取0.4~0.5较为合理;谐波制动系数一般取0.15;差动速断倍数按躲过励磁涌流整定,变压器容量越大、系统电抗越大,差动速断倍数取值就应越小,600MW机组变压器一般取4~5倍额定电流。
        1.3发电机定子接地保护
        基波零序电压型定子接地保护是现场应用较广且非常成熟的保护,取中性点电压互感器二次电压作为动作判据,为防止误动需完全滤除三次谐波及采用机端零序电压闭锁。近几年注入式定子接地保护陆续应用到大型机组保护上,一般采用中性点TV二次侧注入20Hz交流电压并检测注入电流从而计算出接地电阻的原理。上述两种类型定子接地保护的主要区别是:基波零序电压型结构简单,但保护范围通常不到95%,且要加一定的延时防止误动;注入式定子接地保护,其结构复杂,但范围达100%,灵敏度与运行工况无关。
        整定原则:动作值Uo应按躲过正常运行方式下中性点单相电压互感器的最大不平衡电压整定,一般整定为5%~8%二次额定电压,计算系统侧(或厂用系统)接地短路时,通过升压变压器绕组间的每相耦合电容CM传递到发电机侧的零序电压Ug0的大小(等值电路如图2所示),如果该值大于整定值,延时要与系统或厂用接地保护的延时配合整定。在注入式定子接地保护接地电阻整定时,需计算发电机发生整定电阻接地时的接地电流值,校核是否小于发电机定子接地允许电流。
 
        图 2 发电机零序电压传递等值电路
        图中,CM为变压器每相高低压绕组间的耦合电容,Cg∑为发电机及机端外接元件每相对地总电容,Zn为三倍的发电机中性点对地基波阻抗,E。为系统侧单相接地时产生的基波零序电动势。
        1.4发电机失磁保护
        发电机失磁后,发电机要经历静稳破坏、失步和异步运行过程,发电机机端测量阻抗从阻抗平面的第一象限进入到第四象限,并进入静稳圆和异步圆且发生摆动;另外失磁后励磁电压会显著降低,系统和机端电压也会相应有所降低。根据以上特征构成阻抗型失磁保护原理,其3个主要判据是:(1)异步阻抗圆或静稳边界圆(定子侧阻抗判据);(2)转子低电压判据或变励磁判据;(3)(转子侧判据)、机端或系统低电压判据。
        整定原则:对于与系统联系较薄弱的发电机组,阻抗圆一般取静稳圆,相反取异步圆,但阻抗圆要与励磁系统的低励限制校核配合关系;励磁低电压一般按躲过空载励磁电压整定;机端低电压一般按大于厂用电安全电压整定,不建议取系统低电压作为动作出口的闭锁条件,因为系统容量越来越大,单台机组失磁时系统母线下降并不多,导致失磁保护不满足低电压条件而拒动。推荐一种四段式动作逻辑:一段,系统低电压与较为灵敏的励磁低电压与门出口解列发电机,作为失磁后加速机组解列的判据,延时整定一般取0.3~0.5s;二段,机端低电压阻抗圆与门出口,经较长时间0.5~1s切换厂用电以保证机组安全或跳发电机;三段,阻抗圆、励磁低电压及有功功率三者与门出口作用于减出力,或经1~2s动作于程序跳闸;四段,用阻抗圆、励磁低电压作为失磁保护的总后备跳闸段,延时一般取2~4s。
        1.5发变组失灵启动
        接入系统的发变组需要配置失灵启动保护,在发变组开关失灵时启动系统的公用失灵保护。保护动作逻辑为:保护动作并判别失灵电流,经较短的延时启动公用失灵和解除公用失灵的复合电压闭锁。
        整定原则:考虑部分故障并不会引起定子电流增大,如定子接地、励磁回路故障等,故失灵启动电流按0.2~0.5倍额定电流整定较为合理;失灵启动经保护动作闭锁和判别失灵电流后,可靠性已满足要求,所以不需要经开关合位闭锁,因为会增加拒动的几率;动作延时整定0.1s或0s,因为系统失灵保护还带0.3~0.5s的延时;解除复合电压闭锁逻辑与失灵启动相同,延时一般在失灵启动基础上加0.1s即可,注意要取消变压器各侧复合电压动作去解除失灵复合电压闭锁的逻辑。
        1.6发电机异常运行保护
        发电机异常运行保护主要有过激磁、过电压、频率异常、逆功率等。这些保护基本上与发电机技术参数有关,按相关特性曲线配合整定,并适当留有裕度。逆功率保护由主汽门关闭接点闭锁的程序逆功率和纯逆功率组成,程序逆功率用于保护程序跳闸和正常程序停机,按规程整定逆功率动作功率一般在发电机额定有功的1%~3%之间。
        主变压器纵差动保护(87T-A,87T-B)作为主变压器内部及引出线短路故障的主保护。保护装置应具有对区外短路的比率制动特性,具有对励磁涌流二次谐波制动和躲避外部短路时所产生不平衡电流的能力。保护瞬时动作于主变压器高压侧断路器、高压厂用变断路器、SFC 输入断路器、发电电动机断路器跳闸,对发电电动机发出停机、灭磁命令。
        1.7匝间保护的定值整定
        匝间保护的整定要躲过正常情况下由于三相电压不平衡引起的零序电压及三相电流互感器不一致引起的零序电流。为保证匝间保护的灵敏度,零序监控电流整定值应较小。此外,在电抗器空投时,为防止励磁涌流造成匝间保护误动,在电抗器空投时匝间保护零序监控电流采取反时限特性定值。
        参考文献:
        [1]广东昂立电气自动化有限公司.0NLLY系列计算机自动化(继电保护)测试调试系统用户手册,2011.
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