汪洪魁+殷翠玲

摘 要：當(dāng)前水電事業(yè)發(fā)展過程中，大型水輪發(fā)電機(jī)組機(jī)電保護(hù)在實(shí)際運(yùn)行過程中存在諸多問題，嚴(yán)重影響機(jī)組運(yùn)行的安全性和可靠性。對于大型水輪發(fā)電機(jī)組而言，合理且完備的機(jī)電保護(hù)裝置以及整定計(jì)算是保證繼電保護(hù)正確行駛職能的關(guān)鍵點(diǎn)。本文就大型水輪發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)相關(guān)問題進(jìn)行分析，以保證大型水輪發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：大型水輪發(fā)電機(jī)組；繼電保護(hù)；若干問題

現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展進(jìn)步，社會生產(chǎn)生活對能源的需求也不斷加大，為更好的適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，我國正大力發(fā)展水電，大型水輪發(fā)電機(jī)組紛紛投入運(yùn)行，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠的支持，以更好的滿足能源結(jié)構(gòu)調(diào)整需求。

1 大型水輪發(fā)電機(jī)零序橫差保護(hù)的改進(jìn)

通常情況下，大型水輪發(fā)電機(jī)的繞組結(jié)構(gòu)為多分支結(jié)構(gòu)，將零序電流互感器引入并聯(lián)粉質(zhì)繞組中性點(diǎn)之間，能夠?qū)Χㄗ永@組故障進(jìn)行靈敏反應(yīng)，促進(jìn)零序橫差保護(hù)的順利實(shí)現(xiàn)。單元件橫差保護(hù)接線示意圖見圖1。通過分析研究可知，轉(zhuǎn)子偏心以及定子繞組空間結(jié)構(gòu)分布對稱性不足等，都是導(dǎo)致水輪發(fā)電機(jī)組存在不平衡電流的主要原因。若發(fā)電機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)不對稱，使得主氣隙磁通分布的均勻程度較低，此種情況下往往會導(dǎo)致分布的不對稱程度明顯加大，最終導(dǎo)致定子繞組出現(xiàn)不平衡感應(yīng)電動(dòng)勢。

為促進(jìn)不平衡電流問題的妥善解決，應(yīng)當(dāng)積極采取有效措施對改行水輪發(fā)電機(jī)零序橫差保護(hù)進(jìn)行合理改進(jìn)。零序橫差保護(hù)的實(shí)現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)通過帶制動(dòng)量的保護(hù)判據(jù)來實(shí)現(xiàn)主保護(hù)，從而保證繼電保護(hù)的安全性，最大程度上避免外部穿越性故障導(dǎo)致誤動(dòng)情況發(fā)生。由于橫差不平衡基波電流與氣隙主磁通之間存在一定相關(guān)性，并且與電機(jī)內(nèi)部因素之間存在密切的聯(lián)系，因此在改進(jìn)過程中可以將氣隙感應(yīng)電動(dòng)勢作為制動(dòng)量，從而對結(jié)構(gòu)不對稱所導(dǎo)致的不平衡電流進(jìn)行有效躲避，保證繼電保護(hù)的安全性和有效性。若動(dòng)作判據(jù)以氣隙磁勢為制動(dòng)量，其能夠在最大程度上彌補(bǔ)機(jī)端相電流為制動(dòng)量的判斷的不足，保證整定的有效性，切實(shí)改善零序橫差保護(hù)的整體效率。

就保護(hù)輔助判據(jù)來看，以氣隙感應(yīng)電動(dòng)勢作為制動(dòng)量的條件下，其比率制動(dòng)判據(jù)具有一定合理性，能夠在一定程度上彌補(bǔ)機(jī)端相電流在實(shí)際應(yīng)用中的不足，為橫差保護(hù)提供可靠的支持，提高主判據(jù)的有效性，使得大型水輪發(fā)電機(jī)組的繼電保護(hù)性能明顯提升。

2 大型水輪發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路故障快速保護(hù)研究

大型水輪發(fā)電機(jī)靜止勵(lì)磁系統(tǒng)主要由勵(lì)磁變壓器、整流橋以及勵(lì)磁繞組等組成，靜止勵(lì)磁系統(tǒng)是大型水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，為保證大型水輪發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)配備完善的繼電保護(hù)，從而切實(shí)降低勵(lì)磁系統(tǒng)故障事故的發(fā)生幾率，保證大型水輪發(fā)電機(jī)組的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的有效發(fā)揮。

在發(fā)電機(jī)保護(hù)配置下，勵(lì)磁主回路的故障問題往往與其阻容器吸收裝置和熔斷器存在密切聯(lián)系，一旦二者保護(hù)動(dòng)作時(shí)間過長，往往會導(dǎo)致勵(lì)磁設(shè)備被燒毀，從而給大型水輪發(fā)電機(jī)組造成極為嚴(yán)重的后果。當(dāng)前對于勵(lì)磁裝置故障的保護(hù)上缺乏明確的規(guī)定，此種情況下導(dǎo)致勵(lì)磁裝置保護(hù)配置問題尚未得到有效解決，給大型水利發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行埋下嚴(yán)重的安全隱患，極易導(dǎo)致保護(hù)功能出現(xiàn)配置重疊而發(fā)生故障，若未能夠及時(shí)采取有效保護(hù)措施勢必會加大故障影響。因此在大型水輪發(fā)電機(jī)組實(shí)際運(yùn)行過程中準(zhǔn)確把握靜止勵(lì)磁系統(tǒng)的工作原理，并對常見故障問題進(jìn)行科學(xué)化分析，明確有針對性的繼電保護(hù)及合適的整定值，對于大型水利發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行都具有重要意義。

3 大型水輪發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)整定相關(guān)問題

大型水輪發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)單機(jī)容量較大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的條件下，使得發(fā)電機(jī)故障保護(hù)配置的復(fù)雜程度明顯加大，并且繼電保護(hù)整定的技術(shù)難度較大。為保證大型水輪發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，提高繼電保護(hù)的科學(xué)性和有效性，應(yīng)當(dāng)充分做好發(fā)電機(jī)的保護(hù)配置分析和整定計(jì)算工作，為水電站的安全運(yùn)行提供可靠的技術(shù)支持。對于工程建設(shè)及實(shí)際應(yīng)用均具有重要的意義。

通過發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)中轉(zhuǎn)子輔助判斷的取舍分析可知，大型水輪發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)的實(shí)現(xiàn)，大多是在異步邊界或靜穩(wěn)邊界下對阻抗繼電器進(jìn)行整定，以阻抗繼電器輔助以三相低電壓繼電器，通過各項(xiàng)設(shè)備之間的斜體配合，從而保證大型水輪發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。在非低勵(lì)和失磁條件下，一旦出現(xiàn)異常工況，極易導(dǎo)致大型水輪發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)異動(dòng)情況，嚴(yán)重影響繼電保護(hù)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為促進(jìn)此類問題的有效解決，通常以轉(zhuǎn)子勵(lì)磁低電壓來實(shí)現(xiàn)輔助判斷，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確把握水電站大型水輪發(fā)電機(jī)組失磁保護(hù)中轉(zhuǎn)子輔助判斷的合理性和有效性。相關(guān)研究表明，在判斷依據(jù)上，轉(zhuǎn)子低電壓判斷依據(jù)與發(fā)電機(jī)靜態(tài)穩(wěn)定邊界具有高度一致性，在準(zhǔn)確把握發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)極限條件的基礎(chǔ)上，依照靜穩(wěn)邊界整定定子側(cè)機(jī)端阻抗判斷依據(jù)的本質(zhì)上具有相似性。而在轉(zhuǎn)子判斷工作特性上，其在本質(zhì)上具有一致性，但二者的判斷依據(jù)為不同的電氣量，此種情況下導(dǎo)致二者在工作特性上存在一定差異。

就轉(zhuǎn)子判斷依據(jù)在非失磁故障條件在異常工作的行為進(jìn)行分析可知，轉(zhuǎn)子判據(jù)與定子判據(jù)都能夠在一定程度上反映靜穩(wěn)邊界，而轉(zhuǎn)子判據(jù)對于失磁故障的反應(yīng)更為迅速。失磁保護(hù)在非失磁故障條件下，出現(xiàn)外部短路和系統(tǒng)振蕩時(shí)，判據(jù)存在失誤幾率，保護(hù)裝置對電壓回路斷線情況具有一定監(jiān)視作用，誤動(dòng)的情況較少。由此可知，以以判據(jù)作為輔助判據(jù)能夠有效防止長線充電工況下失磁保護(hù)發(fā)生誤動(dòng)。整定定子接地保護(hù)過程中其基波零序電壓具有一定穩(wěn)定性和特殊性，為保證實(shí)際整定的科學(xué)性，應(yīng)當(dāng)對機(jī)端單項(xiàng)金屬性接地時(shí)中性點(diǎn)火機(jī)端的零序二次值進(jìn)行實(shí)測，并依據(jù)實(shí)際要求靈敏度進(jìn)行整定，從而保證大型水輪發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)的順利實(shí)現(xiàn)。

就大型水輪發(fā)電機(jī)組保護(hù)配置及整定計(jì)算的工程實(shí)踐應(yīng)用來看，基于哲態(tài)仿真軟件所建立的水電站發(fā)電機(jī)仿真模型具有一定特殊性，能夠?qū)Πl(fā)電機(jī)內(nèi)部不同類型的短路故障形式進(jìn)行科學(xué)化分析，并對短路電流進(jìn)行合理計(jì)算，通過對仿真計(jì)算結(jié)構(gòu)的合理應(yīng)用，促進(jìn)定值校核的順利實(shí)現(xiàn)，促進(jìn)大型水輪發(fā)電機(jī)組在繼電保護(hù)配置上的各項(xiàng)問題得到妥善解決。

結(jié)束語

當(dāng)前社會可持續(xù)發(fā)展理念下，為更好的保證大型水輪發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)積極做好繼電保護(hù)的配置工作，準(zhǔn)確把握潛在影響因素及相關(guān)問題，在準(zhǔn)確把握工程實(shí)際并結(jié)合以往工作經(jīng)驗(yàn)，積極采取有效的技術(shù)手段提高橫差保護(hù)的靈敏度，確?？焖俜磻?yīng)滑環(huán)短路故障得到妥善解決，進(jìn)而對勵(lì)磁回路進(jìn)行有效保護(hù)，全面提高大型水輪發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)的安全性和可靠性，推進(jìn)水電事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

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