李林

（重慶市電力公司檢修分公司，重慶 400039）

1 變壓器縱差保護

變壓器縱差保護是變壓器內(nèi)部短路故障的主保護，其構(gòu)成邏輯包含3部分：具有比例制動特性的差動元件；涌流閉鎖元件；差動速斷元件。單相差動保護邏輯示意圖如圖1所示。

圖1 變壓器差動保護(單相)邏輯示意圖

在變壓器縱差保護中，設(shè)置涌流閉鎖元件的目的是為了躲過勵磁涌流。涌流閉鎖元件的作用是根據(jù)變壓器勵磁涌流的特點識別勵磁涌流，從而判斷差流回路的差流是由變壓器內(nèi)部故障產(chǎn)生的還是由變壓器的勵磁涌流產(chǎn)生的。若差流是勵磁涌流產(chǎn)生的，便將差動元件出口閉鎖。否則開放差動元件出口。

變壓器縱差保護采用涌流閉鎖的缺點是：當變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重故障.差動電流互感器飽和時，其二次電流(即差動元件的差流)具有變壓器勵磁涌流的某些特點，易被涌流判別元件誤識別成勵磁涌流，將差動元件閉鎖，從而使差動保護拒動或延時動作，嚴重損壞變壓器。

為此.在差動保護中設(shè)置不受涌流閉鎖的差動速斷元件.以確保保護在變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重故障時，快速切除變壓器。為了能躲過變壓器的勵磁涌流，差動速斷元件的動作電流很大，通常為變壓器額定電流的6～8倍。差動速斷元件有動作延時，一般為10～25 ms。

分析表明，當變壓器內(nèi)部嚴重故障時，如果電流互感器飽和嚴重，飽和電流互感器一次電流和二次電流如圖2所示。

圖2 嚴重飽和時電流互感器電流波形

由圖2可以看出：飽和電流互感器雖然一次電流波形為正弦波，但二次電流卻為間斷波。二次電流的有效值大幅減小。因此，當變壓器內(nèi)部嚴重故障時，如果電流互感器飽和，由于其二次電流大幅減小，而差動速斷元件的動作電流很大。此時的差流可能小于差動速斷的動作電流。差動保護會拒動。為防止差動元件拒動，應(yīng)采取以下措施：

a.在整定計算時，應(yīng)根據(jù)變壓器容量、結(jié)構(gòu)、特點及距電源的遠近，在能可靠躲過勵磁涌流的前提下，盡量減小差動速斷元件的動作電流。

b.采用同步識別原理，對差動速斷元件加動作記憶延時。

在故障瞬間。電流互感器不會立即飽和.通常延時3～4ms才飽和。根據(jù)這一特點?？刹捎貌顒铀贁嘣幼饔洃洿胧．斪儔浩鲀?nèi)部嚴重故障時。

在變壓器電壓發(fā)生突變的同時。流經(jīng)差動元件的差流開始很大。差動速斷測量元件動作，并將動作記憶20～30ms。此時，差動速斷元件邏輯構(gòu)成如圖3所示 (圖中，Idzh為差動速斷元件動作電流；△U為變壓器電壓工頻變化量：t為記憶延時)。

圖3 改進后差動速斷元件邏輯構(gòu)成示意圖

2 自并勵發(fā)電機復(fù)壓閉鎖過流保護

所謂自并勵式發(fā)電機,是指發(fā)電機的轉(zhuǎn)子電流(勵磁電流)由發(fā)電機定子回路提供。自并勵發(fā)電機勵磁系統(tǒng)接線示意圖如圖4所示(圖中，TP為勵磁變壓器，ipb為勵磁電流)。由圖4可以看出，發(fā)電機正常運行時，其勵磁電流由接在發(fā)電機機端的勵磁變壓器作為勵磁電源提供，即變壓器二次側(cè)電流經(jīng)晶閘管整流系統(tǒng)變成直流，為發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組提供勵磁電流。

圖4 自并勵式發(fā)電機勵磁系統(tǒng)示意圖

發(fā)電機的復(fù)壓閉鎖過電流保護，既作為發(fā)電機相間短路的故障后備保護，又作為相鄰線路的相間短路的后備保護，因此其動作時間較長。

由于發(fā)電機復(fù)合電壓閉鎖過流保護的動作延時較長，因此。對于自并勵式發(fā)電機，為防止機端三相短路時。過電流元件先動作(故障瞬間)，然后由于勵磁變電壓為零而失去勵磁電壓，勵磁衰減而后返回 (因轉(zhuǎn)子電流衰減)，致使該保護拒動，故在電流元件動作后記憶一定時間t2(如t2>t1)，以確保該保護可靠動作。

運行實踐表明：對于與系統(tǒng)聯(lián)系阻抗較大的發(fā)電機特別是水輪發(fā)電機，當與系統(tǒng)連接的某一條線路故障而被切除之后.由于發(fā)電機的頻率及三相電壓的升高，復(fù)壓閉鎖過流保護經(jīng)常誤動。通過測量及分析，下文說明保護誤動的原因。復(fù)合電壓中負序電壓的動作整定值.是按在相鄰線路末端兩相短路有靈敏度(即靈敏度系數(shù)≥1.3)來整定的。其動作值通常較小(二次動作電壓一般為6～8V)。

當發(fā)電機變壓器組與系統(tǒng)連接線路上故障時，發(fā)電機復(fù)合電壓閉鎖過流保護中的電流元件動作并瞬時記憶住動作狀態(tài)。此后，線路主保護動作，切除線路。在輸電線路被切除后，由于發(fā)電機功率過剩將使其頻率升高。同時三相電壓有不同程度升高，三相不對稱度增加。頻率的升高及三相不對稱度增大，造成負序電壓元件測出的負序電壓增大，致使其動作。

此時，由于過電流元件在動作狀態(tài)，而負序電壓元件也動作，保護經(jīng)延時t1，后動作，切除發(fā)電機。

為解決以上問題，現(xiàn)提出以下對策：對復(fù)合電壓閉鎖過電流保護中的過電流元件設(shè)置2個定值，即高定值和低定值。當故障電流超過高定值時。電流元件動作并將動作記憶延時時間t2。當故障電流大于低定值而小于高定值時，電流元件動作，但不記憶動作狀態(tài)。改進后的復(fù)合電壓閉鎖過電流保護邏輯框圖如圖5所示 (圖中，Ioph>為過電流元件高定值；Iopl>為過電流元件低定值；U<為低電壓元件；U2>為負序電壓元件；t1，為出口延時；t2為電流元件動作記憶延時)。

過電流元件的高定值可按機端三相短路電流的90%來整定，而低定值可按額定電流的1.3～1.4倍來整定。記憶延時t2=t1+△t，△t為時間級差，取 0.3～0.5s。

圖5 改進后的復(fù)壓閉鎖過流保護

4 零序電壓式定子接地保護

目前，基波零序電壓定子接地保護在發(fā)變組上得到了廣泛應(yīng)用。該保護的接入回路，通常接入發(fā)電機機端電壓互感器三次的開口三角形電壓(即3Uo)。另外，為了防止電壓互感器一次斷線時的保護誤動，必須設(shè)置TV斷線閉鎖元件。該保護裝置的邏輯框圖如圖6所示。

圖6 零序電壓式定子接地保護邏輯框圖

運行實踐表明，按上述框圖構(gòu)成的零序電壓式定子接地保護曾多次誤動。檢查發(fā)現(xiàn)，誤動多發(fā)生在一次熔斷器為石英砂棒式熔斷器熔斷時。石英砂棒式熔斷器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖7所示。

圖7 石英砂棒熔斷器結(jié)構(gòu)示意圖

該熔斷器熔斷時，由于熔絲無彈性及固定在石英沙棒上，在熔點兩側(cè)的熔絲未拉開，其距離很短。

這樣，在TV一次輸入端高電壓便通過熔絲熔點間的石英沙棒表面及熔絲另一端加在電壓互感器的一次側(cè)。這相當于發(fā)電機一相電壓通過一個電阻加到電壓互感器的一次側(cè),致使電壓互感器感受到的三相一次電壓(對TV一次中性點電壓)不相等,從而在其開口三角形輸出產(chǎn)生零序電壓。

運行實踐及測量表明,當石英沙棒式電壓互感器一相熔斷器熔斷時,電壓互感器輸出開口三角形電壓一般為4～9V。但是，當該型熔斷器熔斷時，由于電壓量變化較小,負序電壓也不大,故TV斷線閉鎖元件往往不動作,致使保護動作出口。為提高零序電壓式發(fā)電機定子接地保護動作可靠性。可以采取3種措施。

a.不采用石英砂棒式熔斷器,而換成當熔絲熔斷后能迅速將兩側(cè)熔絲拉開的熔斷器。

b.縮小保護的保護范圍,即提高零序電壓元件的動作電壓。測量表明?？商岣咧?5V。

c.改變保護的交流接入回路?？山影l(fā)電機中性點電壓互感器 (或配電變壓器或消弧線圈)的二次電壓,但最好同時接人發(fā)電機中性點電壓互感器 (或配電變壓器或消弧線圈)二次電壓及機端電壓互感器開口三角形電壓,此時保護的邏輯框圖如圖8所示。

圖8 零序電壓式發(fā)電機定子接地保護框圖

運行實踐表明,采用由圖11構(gòu)成的零序電壓式定子接地保護,大幅提高了動作的可靠性。

5 汽輪發(fā)電機的頻率異常保護

汽輪發(fā)電機的頻率異常保護是保護汽輪機葉片的。目前，在大型發(fā)電機上通常設(shè)置的頻率異常保護有低頻保護、過頻保護和頻率積累保護。頻率異常時大型汽輪發(fā)電機允許時間表如表1所示。

表1 大機組頻率異常允許時間

表中tal為積累的允許運行時間，tfal為每次允許運行時間。

由表1可知,從確保汽輪發(fā)電機的安全而言，頻率異常運行允許的時間很長;并網(wǎng)運行發(fā)電機的頻率取決于全電網(wǎng)的功率平衡狀況;南全系統(tǒng)運行狀況及調(diào)度質(zhì)量決定。目前的狀況是各電網(wǎng)越來越大,裝機容量越來越大。各系統(tǒng)之間的聯(lián)系越來越緊密。

調(diào)度人員對系統(tǒng)的頻率控制越來越嚴格。這樣。電網(wǎng)頻率在48.5 Hz以下，較長時間的運行是不存在的。因此,在發(fā)電機上設(shè)置低頻保護是不需要的。另外,筆者認為：在大型發(fā)電機設(shè)置過頻保護對電力系統(tǒng)不利。如果在每臺發(fā)電機上人為設(shè)置過頻保護.一旦系統(tǒng)發(fā)生頻率異常。全系統(tǒng)發(fā)電機的過頻保護同時動作，將所有的機組切除.這會使全系統(tǒng)瓦解。

解決上述問題的措施是.頻率異常保護是系統(tǒng)保護。應(yīng)由反應(yīng)全系統(tǒng)的穩(wěn)定裝置來測量及處理。在發(fā)電廠設(shè)置穩(wěn)控裝置，進行高周切機。當系統(tǒng)運行頻率過高時。穩(wěn)控裝置動作進行“多輪式”(仿效低周減載)切機。

6 結(jié)語

a.采用同步識別及動作狀態(tài)記憶20～30ms，可保證變壓器差動速斷保護可靠動作。變壓器的分側(cè)差動保護應(yīng)增加涌流判別條件。

b.電流記憶式復(fù)合電壓過流保護的過電流元件應(yīng)設(shè)置高低2個定值。高定值動作后才加記憶；零序電壓式定子接地保護應(yīng)同時反應(yīng)機端及中性點兩路零序電壓。

c.在發(fā)電機上設(shè)置頻率異常保護是不適宜的。

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