石家莊良村熱電有限責任公司 張紅雷

發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護與勵磁調(diào)節(jié)器過勵限制保護配合分析

石家莊良村熱電有限責任公司 張紅雷

發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護與勵磁調(diào)節(jié)器過勵限制保護正確的動作配合關(guān)系是勵磁調(diào)節(jié)器過勵限制保護應(yīng)先于發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護動作。本文通過對石家莊良村熱電有限責任公司的2x300MW發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護在運行中發(fā)現(xiàn)地問題，進行了相應(yīng)的計算、試驗和分析。提出國電南自DGT801—B的發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護存在的缺陷及解決辦法。

發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組負荷保護；過勵限制；標么值

石家莊良村熱電有限責任公司為2x300MW發(fā)電機組。發(fā)變組保護使用地是國電南自DGT801-B保護裝置，發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護使用的電流為交流，來自勵磁變低壓側(cè)TA，保護有定時限和反時限兩部分組成，定時限報警，反時限動作出口方式為解列滅磁。勵磁調(diào)節(jié)器的型號為國電南瑞NES-5100，勵磁方式為自并勵，可控硅整流。勵磁調(diào)節(jié)器過勵限制為反時限，1.1倍270S，強勵2倍10S，1.05倍可以長期運行。

一、發(fā)現(xiàn)的問題

在機組運行中，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護窗口里顯示地轉(zhuǎn)子電流在不停的、有規(guī)律的、上下波動，比實際值向上約10%，向下約5%，在偏大部分要比偏小部分停留時間長，且波動到最大值時停留時間超過1S。此保護使用電流為勵磁變低壓側(cè)TA。對比觀察其他使用勵磁變低壓側(cè)TA的裝置，如：勵磁調(diào)節(jié)器中轉(zhuǎn)子電流，無波動；發(fā)變組故障錄波器中勵磁變高壓側(cè)電流，無波動。查發(fā)電機機端電壓正常，無波動；使用鉗型電流表（0.2級）在發(fā)變組保護柜內(nèi)測量轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護中的轉(zhuǎn)子電流，無波動。因此，判斷為發(fā)變組保護裝置內(nèi)部問題。表1為在不同轉(zhuǎn)子電流值下的數(shù)據(jù)記錄：

由上表的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護中電流波動的最大值和最小值與勵磁調(diào)節(jié)器中電流（即實際轉(zhuǎn)子電流）成線性比例關(guān)系，向上成比例波動到最大約10%，向下成比例波動到最小約5%。經(jīng)過查證此波動是因勵磁變電流中存在很大諧波。

此波動在正常運行時，由于發(fā)電機轉(zhuǎn)子電流小，距離保護動作值較遠，所以，轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護不會誤動。但是在發(fā)電機過勵狀態(tài)或強勵時，因轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護中電流較大，從而會使轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護反時限動作曲線改變?？赡軐?dǎo)致發(fā)變組轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護先于勵磁調(diào)節(jié)器過勵限制動作，造成誤停機的嚴重后果，以至于影響電網(wǎng)穩(wěn)定運行。

表1

表2

表3

表4

表5

表6

二、試驗、分析

1.發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護

我廠發(fā)變組保護使用地是國電南自DGT801—B保護裝置。發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護，采用反映交流勵磁回路的電流，即勵磁變低壓側(cè)三相TA電流。反時限過負荷保護動作出口方式為：解列滅磁。

圖1 動作邏輯框圖

動作方程：

IF＞I IF最大勵磁變低壓側(cè)三相TA電流值；I為定值

（IF*2—K2）t＞K1、IF*—勵磁變低壓側(cè)三相TA電流標么值

動作邏輯框圖見圖1。

保護定值為：

序號 定值名稱 定值范圍 整定值1 動作電流Igs 0.1-60 0.5A 2 動作延時t11 0.1-100 1.0s 3 動作延時t12 0.1-100 5.0s 4 額定電流IN 0-8 0.453A 5 下限電流IS 0.1-80 0.51A 6 下限延時TS 0.1-5000 120s 7 上限電流IUP 0.1-80 1.0A 8 上限延時tUP 0.1-100 1.0s 9 熱值系數(shù)K1 0-50 31.2 10 散熱系數(shù)K2 0-2 1.1

1）交流回路精度校驗見表2。

2）轉(zhuǎn)子過負荷反時限保護，通過動作方程和保護定值得到計算值和試驗值如表3。

從上面的試驗數(shù)據(jù)可以得出，保護裝置的電流采樣精度合格。用繼保儀加基波電流時，從發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護窗口里觀測，電流無波動。發(fā)電機轉(zhuǎn)子過負荷保護動作曲線，滿足設(shè)計要求，且符合《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程GB/T14285-2006》及《同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)及大、中型同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)技術(shù)要求GB/T4096.3-2007》中對勵磁系統(tǒng)頂值電流應(yīng)不超過2倍額定勵磁電流，時間不小于10秒的要求。

2.勵磁調(diào)節(jié)器過勵限制

我廠勵磁調(diào)節(jié)器為國電南瑞NES-5100，勵磁方式為自并勵。勵磁調(diào)節(jié)器過勵限制為反時限，1.1倍270S，強勵2倍10S。1.05倍可長期運行。

勵磁調(diào)節(jié)器過勵限制反時限定值及試驗值如表4。

從試驗數(shù)據(jù)可以得出，勵磁調(diào)節(jié)器過勵限制符合《繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程GB/T14285-2006》5.6.1及《同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)及大、中型同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)技術(shù)要求GB/T4096.3-2007》5.4勵磁系統(tǒng)頂值電流應(yīng)不超過2倍額定勵磁電流，時間不小于10秒的要求。

3.分析

把發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護、勵磁調(diào)節(jié)器過勵限制試驗數(shù)據(jù)對比見表5。

通過分析可以看出，發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護與勵磁調(diào)節(jié)器過勵限制保護動時間作配合地很好，說明發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護在基波電流下工作正常，符合設(shè)計要求。

上面為在試驗狀態(tài)下得到的結(jié)論，輸入為無擾動的基波電流。而實際上，我廠發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護里的電流在不停地波動。那么，在此狀態(tài)下，發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護反時限動作曲線會怎樣呢？由于發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護里的轉(zhuǎn)子電流波動到最大電流值、最小電流值與實際電流值成線性關(guān)系，我們隨機抽取一點進行分析既可，例如表6這一點：

波動地過程為：0.3 0.307 0.316 0.327 0.335 0.345 0.349 0.351等數(shù)值間做循環(huán)運動。從中可以看出，在大于部分數(shù)值多，時間長。

為了利于分析，我們可以把保護采到的電流分為三部分即：(1)小于實際電流部分；(2)等于實際電流部分；(3)大于實際電流部分。

由于發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過負荷實際是一個熱積累地過程，是用積分方法計算出來地，即從IF>0.51（反時限下限電流值）時開始計算，當熱累積值達到定值時，反時限動作。那么，對動作時間產(chǎn)生影響可分為兩方面，即電流值的大小和在此電流值下的停留時間長短。電流值大、停留時間長，則動作時間短。下面就電流波動帶來地影響從這兩方面分別進行分析：

(1)電流幅值

1)當IF小于實際電流時，則使動作時間t變大，由于向小于實際電流方向波動地幅值較小(5%)，影響較小；

2)當IF等于實際電流時，則動作時間t不變，無影響；

3)當IF大于實際電流時，則使動作時間t變小，由于向大于實際電流方向波動地幅值較大(10%)，影響大；

(2)停留時間

1)電流在波動過程中在小于實際電流區(qū)域停留時間較短；

2)電流在波動過程中在大于實際電流區(qū)域停留時間較長。

綜上，電流的波動會使發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護反時限動作曲線改變，動作時間將變短。但由于電流不停地波動，致使具體動作時間難以計算出來，動作曲線也無法確定。

當強勵達2倍額定電流時，實際電流應(yīng)為0.906，但在諧波干擾下，發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護采到地電流最大值可達1A以上，且在最大值時停留時間超過1S。據(jù)定值可知，此狀態(tài)已滿足發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護反時限動作上限條件，保護延時1S動作。而此狀態(tài)下調(diào)節(jié)器過勵限制保護動作時間為10S，晚于轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護。致使發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護先于調(diào)節(jié)器過勵限制保護動作，誤把發(fā)電機由運行中切除，造成誤動。

三、解決方法

通過以上分析可知，在基波電流下，發(fā)變組保護裝置的電流采樣精度合格，動作方程、特性曲線均滿足設(shè)計要求。因保護裝置為了能反映設(shè)備運行中真實的狀態(tài)，在采樣環(huán)節(jié)一般不采取濾波。但勵磁變電流中卻存在很大得諧波，正是未采取濾波措施，造成保護使用地電流與實際電流不符，恰恰違背了設(shè)計的初衷。因此，針對發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組過負荷保護，在采用交流勵磁回路的電流時，需要在轉(zhuǎn)子電流采樣環(huán)節(jié)進行濾波，以消除諧波干擾，使保護能正確可靠動作。

[1]DGT801系列發(fā)變組保護裝置技術(shù)說明書.