摘要：作為電力系統(tǒng)的保護(hù)和控制部分，繼電保護(hù)與電力系統(tǒng)一次設(shè)備密切相關(guān)，不僅需要采用國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，同時(shí)需要根據(jù)一次設(shè)備的特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)和創(chuàng)新。本文針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)具體情況，對(duì)保護(hù)進(jìn)行優(yōu)化，配置了較為完善的保護(hù)，為采用同系列保護(hù)的電廠提供借鑒。

關(guān)鍵詞：G60；發(fā)電機(jī)；保護(hù)配置

前言

G60發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)是一種發(fā)電機(jī)綜合保護(hù)系統(tǒng)，它可以滿(mǎn)足發(fā)電機(jī)保護(hù)應(yīng)用的任何要求，主要是采用模塊化的硬件設(shè)計(jì)，硬件具有可擴(kuò)展性，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用靈活配置各種插件。其模件主要由人機(jī)接口（MODULAR HMI）及電源（POWER）、模擬量I/O（ANAIO）、開(kāi)關(guān)量I/O（DIGIO）、數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）、主處理器（CPU）等六個(gè)基本模塊組成。模件采用抽屜式封裝，便于插拔與維護(hù)，且這些模塊之間采用高性能的高速數(shù)據(jù)母線通訊，避免了保護(hù)與通訊發(fā)生“瓶頸”問(wèn)題。G60發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)所保護(hù)的機(jī)組最大容量可達(dá)1000MW，具有強(qiáng)大快速的以太網(wǎng)通訊功能。此外，G60采用了面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)技術(shù)，模塊化的實(shí)現(xiàn)各種不同功能。其功能強(qiáng)大，可以先進(jìn)的自動(dòng)化，能夠?qū)崿F(xiàn)保護(hù)、測(cè)量、控制、通訊等多種功能，包括廣泛的I/O 選擇和配置并具有最大程度縮短發(fā)電機(jī)故障停機(jī)時(shí)間的特性。G60配有功能強(qiáng)大的通訊軟件UR setup，具有完備的故障錄波與事件記錄功能?？梢苑奖愕耐ㄟ^(guò)軟件完成錄波與事件的獲取、實(shí)時(shí)值監(jiān)視、波形分析、定值設(shè)定、邏輯編程、實(shí)驗(yàn)調(diào)試等工作。

1、G60發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)

目前發(fā)電機(jī)定子繞組接地保護(hù)普遍采用的是基波零序電壓個(gè)三次諧波電壓原理構(gòu)成發(fā)電機(jī)定子繞組100%接地保護(hù)。定子接地故障是發(fā)電機(jī)的一種主要類(lèi)型，如不及時(shí)保護(hù)和處理，容易引起故障點(diǎn)局部過(guò)熱，燒毀定子線棒和鐵芯，影響發(fā)電機(jī)的運(yùn)行。對(duì)于發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)，我們要進(jìn)一步加大科研力度，同時(shí)在發(fā)電機(jī)自動(dòng)監(jiān)控領(lǐng)域研究發(fā)電機(jī)定子繞組對(duì)地絕緣的在線監(jiān)視設(shè)備，可隨時(shí)顯示發(fā)電機(jī)定子繞組對(duì)地的絕緣電阻值。100%定子接地保護(hù)采用對(duì)應(yīng)于機(jī)端和中性點(diǎn)三次諧波電壓不平衡的一種自適應(yīng)電壓差動(dòng)特性。對(duì)三次諧波電壓式接地保護(hù)，G60裝置通過(guò)采用一個(gè)發(fā)電機(jī)三次諧波電勢(shì)必須大于一個(gè)門(mén)檻值才開(kāi)放保護(hù)動(dòng)作，這樣可以使發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地變壓器一次或二次電壓回路斷線時(shí)，避免保護(hù)裝置處所測(cè)量到的中性點(diǎn)三次諧波為降為 0。

2、G60發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)

發(fā)電機(jī)失磁后不但不發(fā)出無(wú)功功率還要從系統(tǒng)吸收無(wú)功功率。當(dāng)系統(tǒng)無(wú)功功率儲(chǔ)備不足時(shí)將導(dǎo)致發(fā)電廠母線電壓、發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓下降。發(fā)電機(jī)失磁后，由于發(fā)電機(jī)吸收無(wú)功量的增大及定子電壓的降低，定子電流就會(huì)增大。有功功率越大，定子電流就會(huì)越大。由此可見(jiàn)發(fā)電機(jī)失磁故障嚴(yán)重影響大型機(jī)組的安全運(yùn)行。失磁保護(hù)作為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流異常下降或完全消失的故障主保護(hù)。由于 G60發(fā)電機(jī)保護(hù)配置中失磁保護(hù)只有阻抗判據(jù)，根據(jù)不同的動(dòng)作邏輯動(dòng)作于報(bào)警或程序停機(jī)。保護(hù)動(dòng)作邏輯見(jiàn)圖1。由于電廠 G60 裝置未接入500kV系統(tǒng)電壓信號(hào)，故采用主變壓器保護(hù)裝置提供系統(tǒng)低電壓出口接點(diǎn)作為 500kV 系統(tǒng)低電壓判據(jù)。

圖1失磁保護(hù)邏輯圖

3、G60發(fā)電機(jī)失步保護(hù)

發(fā)電機(jī)失步保護(hù)主要針對(duì)的是在勵(lì)磁情況下發(fā)生的系統(tǒng)振蕩，從而導(dǎo)致的發(fā)電機(jī)斷阻抗變化，進(jìn)而采取的保護(hù)。G60發(fā)電機(jī)保護(hù)采用失步跳閘和系統(tǒng)震蕩閉鎖合一的保護(hù)功能通過(guò)跟蹤正序阻抗軌跡來(lái)檢測(cè)失步情況。G60 發(fā)電機(jī)失步保護(hù)的圓形特性是由系統(tǒng)阻抗、發(fā)電機(jī)和主變形成一個(gè)綜合阻抗，其基本原理是通過(guò)機(jī)端正序測(cè)量阻抗穿越這三組元件穿越時(shí)間來(lái)判斷是否同步，并以此阻抗按不同的阻抗圓限制角在兩邊形成內(nèi)環(huán)、中環(huán)、外環(huán)三組圓弧。本保護(hù)以正序阻抗軌跡穿越外圓和中圓的時(shí)間段的長(zhǎng)短，來(lái)區(qū)分系統(tǒng)短路與振蕩，以阻抗軌跡穿越外圓和中圓的時(shí)間段的長(zhǎng)短來(lái)區(qū)分穩(wěn)定振蕩與失步振蕩。測(cè)量抗阻軌跡為自左向右或自右向左穿越整定抗阻區(qū)域，當(dāng)相鄰兩次時(shí)間間隔不超過(guò)2min時(shí)，每穿越依次滑極次數(shù)累加1。積累滑極次數(shù)達(dá)到整定滑極計(jì)數(shù)動(dòng)作值時(shí)，則動(dòng)作出口。

圖2 G60失步保護(hù)特性圖

4、G60發(fā)電機(jī)匝間保護(hù)

匝間短路故障主要是同一項(xiàng)但不同分支的位于同槽上下層間的導(dǎo)體發(fā)生斷路，還有因兩點(diǎn)接地以及繞阻端部匝間短路而引起的匝間短路。G60 發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置中采用的是縱向基波零序電壓型定子匝間保護(hù)，并提供了發(fā)電機(jī)負(fù)序功率方向元件來(lái)作為匝間保護(hù)的一個(gè)判別條件。其主要有橫差保護(hù)、零序電壓原理的匝間保護(hù)和負(fù)序功率方向匝間保護(hù)三種方式。G60 保護(hù)裝置中的發(fā)電機(jī) TV斷線判別元件和負(fù)序功率方向元件則能滿(mǎn)足以上的要求。我國(guó)大機(jī)組大部分采用雙 Y接線，定子繞組幾乎全部采用整數(shù)槽，因此其發(fā)生定子匝間故障的可能性是存在的。而在我國(guó)大型機(jī)組中應(yīng)用的 G60保護(hù)裝置中當(dāng)一個(gè)繞組的少量匝數(shù)發(fā)生匝間短路時(shí)，3U0有頗大的數(shù)值，縱向基波零序電壓型定子匝間保護(hù)的靈敏度很高。

5、G60發(fā)電機(jī)低壓記憶過(guò)流保護(hù)

過(guò)流保護(hù)作為發(fā)電機(jī)保護(hù)和相鄰設(shè)備的后備保護(hù)，是電力設(shè)備繼電保護(hù)的最后一道防線，其地位是比較重要的。對(duì)于單機(jī)端電壓源的自并激靜態(tài)勵(lì)磁方式，發(fā)電機(jī)故障電流會(huì)在故障開(kāi)始后迅速衰減，以致通常慣用的定時(shí)限過(guò)電流繼電器會(huì)在延時(shí)未到時(shí)由于電流的衰減而返回，造成保護(hù)拒動(dòng)。作為發(fā)電機(jī)后備保護(hù)的低壓記憶過(guò)流保護(hù)邏輯見(jiàn)圖3。為了解決低壓過(guò)流保護(hù)在故障電流減小后過(guò)電流繼電器返回保護(hù)不出口的問(wèn)題，提出了下文所述的方案。

采用中性點(diǎn)電流為電流判據(jù)作為故障主判據(jù)，采用線電壓作為低電壓判據(jù)，用來(lái)記憶故障初始時(shí)刻過(guò)電流元件的動(dòng)作，中性點(diǎn)正序電流小于10%額定電流判據(jù)，用來(lái)在保護(hù)動(dòng)作切除故障后將該保護(hù)復(fù)歸。由于這種勵(lì)磁方式下，定子電流衰減很快，而低壓過(guò)流保護(hù)的延時(shí)時(shí)間常需取數(shù)秒以上，所以在采用圖4所示的傳統(tǒng)的低壓過(guò)流保護(hù)邏輯方式時(shí)，過(guò)電流元件I> 將在故障電流衰減至繼電器的動(dòng)作電流整定值乘返回系數(shù)時(shí)返回，由于此時(shí)還未到時(shí)間元件T的延時(shí)定值，故低壓過(guò)流保護(hù)不會(huì)正確出口。

為了克服這種弊病，可采用如圖5所示的方案。在這個(gè)方案中，電流元件I>動(dòng)作后，只要電壓元件U>已判定低壓，與門(mén)and1 閉鎖信號(hào)解除，動(dòng)作后一方面啟動(dòng)時(shí)間元件T1，另一方面至或門(mén)OR1使其自保持，在這種邏輯的方案中，即使電流元件I>由于故障電流的衰減而返回，但由于或門(mén) OR1的自保持作用，低壓過(guò)流保護(hù)也會(huì)保持至保護(hù)出口為止。這樣的方案解決了在靜態(tài)勵(lì)磁機(jī)組中由于故障電流的迅速衰減而導(dǎo)致的低壓過(guò)流保護(hù)不出口問(wèn)題。

在這個(gè)方案中，電流元件動(dòng)作后，只要電壓元件已判定低壓，與門(mén)閉鎖信號(hào)解除，動(dòng)作后一方面啟動(dòng)時(shí)間元件，另一方面至或門(mén)使其自保持，在這種邏輯的方案中，即使電流元件由于故障電流的衰減而返回，但由于或門(mén)的自保持作用，低壓過(guò)流保護(hù)也會(huì)保持至保護(hù)出口為止。這樣的方案解決了在靜態(tài)勵(lì)磁機(jī)組中由于故障電流的迅速衰減而導(dǎo)致的低壓過(guò)流保護(hù)不出口問(wèn)題

圖3自并勵(lì)發(fā)電機(jī)故障后電流的衰減特性示意圖

圖4傳統(tǒng)的低壓過(guò)流保護(hù)邏輯圖

圖5考慮故障電流衰減的低壓過(guò)流保護(hù)邏輯圖

6、結(jié)語(yǔ)

G60發(fā)電機(jī)保護(hù)雖然是一種先進(jìn)的保護(hù)與控制產(chǎn)品，但在實(shí)際使用中卻發(fā)現(xiàn)存在致命的設(shè)計(jì)缺陷，這告誡人們?nèi)魏我豢钕冗M(jìn)的保護(hù)裝置都可能存在不同的缺陷，當(dāng)發(fā)現(xiàn)裝置出現(xiàn)任何看似不重要的異?，F(xiàn)象時(shí)，都要引起高度重視，那些看似不重要的現(xiàn)象背后可能隱藏著嚴(yán)重的事故隱患。只要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，對(duì)各種保護(hù)進(jìn)行合理配置。同時(shí)，對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行正確的整定。即可對(duì)發(fā)電廠電力系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)較為完善的保護(hù)和控制系統(tǒng)。