馬濤

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

基于LabVIEW的發(fā)電廠繼電保護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馬濤

遼寧錦州渤海大學(xué)工學(xué)院

本文提出了一種基于LabVIEW的發(fā)電廠繼電保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，它的主要功能是對(duì)發(fā)電機(jī)—變壓器組的電流、電壓和電壓與電流之間相位角等信號(hào)進(jìn)行的分析與檢驗(yàn)，顯示出發(fā)動(dòng)機(jī)及電壓器獨(dú)立工作時(shí)所該顯示的問題，根據(jù)設(shè)備使用維護(hù)條件，動(dòng)作于發(fā)出信號(hào)、進(jìn)行跳閘等動(dòng)作，智能、快捷、有針對(duì)性的把問題部件從該電力環(huán)境中移除，把出問題的部分分離開來，使其不干擾到正常部位的繼續(xù)工作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)變組的安全運(yùn)作。

發(fā)電機(jī) 變壓器 繼電保護(hù) LabVIEW 仿真

1 引言

近年來的一系列大停電事故均不同程度地表明，電力系統(tǒng)由簡(jiǎn)單故障引起失去功角穩(wěn)定或電壓穩(wěn)定從而直接導(dǎo)致大面積的停電事故已越來越少。停電事故往往是從系統(tǒng)中某一元件的故障開始，由于控制措施采取不當(dāng)或不及時(shí)、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的不合理、繼電保護(hù)裝置的誤動(dòng)或拒動(dòng)等因素的單重或多重作用，引發(fā)系列元件故障，這種連鎖性故障的迅速傳播并最終導(dǎo)致了電網(wǎng)的大面積崩潰。

發(fā)電廠供電設(shè)備價(jià)格高昂，內(nèi)部繁復(fù)，如若發(fā)生問題，它檢查維修困難，查修用時(shí)長(zhǎng)，停工虧損嚴(yán)重。大規(guī)模發(fā)電機(jī)組合在供電設(shè)備里十分重要，尤其是單獨(dú)的發(fā)電機(jī)效率占總效率較大的模式下，如果大機(jī)組因故障分離，會(huì)對(duì)整個(gè)供電環(huán)境產(chǎn)生很大干擾。所以大規(guī)模發(fā)電機(jī)組應(yīng)該不要經(jīng)常性停動(dòng)，也不能緊急跳閘不工作。供電安全保障設(shè)施作為供電組合的二次設(shè)施，它負(fù)責(zé)著供電設(shè)施里一次裝置的安全。

2 發(fā)電廠發(fā)變組繼電保護(hù)系統(tǒng)的工作原理

2.1 電力繼電保護(hù)的基本原理

繼電安全保障裝置是由探測(cè)部分、分析部分和動(dòng)作部分組成的，這三塊不是截然分開的，繼電安全保障設(shè)備在發(fā)生跳閘時(shí)具備有以下三點(diǎn)任務(wù)：針對(duì)性、迅捷性和安全性。

2.2 發(fā)變組主保護(hù)系統(tǒng)配置

相互感應(yīng)設(shè)備TA1和TA2組合為供電機(jī)組不完全縱向聯(lián)接差動(dòng)保護(hù)；TA5和TA6組合成為發(fā)變組不完全縱向聯(lián)接差動(dòng)保護(hù)；TA3和TA4組合成為變壓設(shè)備完全縱向聯(lián)接差動(dòng)保護(hù)；TA0是發(fā)電機(jī)組零序橫向差動(dòng)保護(hù)，如圖1所示。

圖1 發(fā)變組主保護(hù)系統(tǒng)配置

設(shè)ING為供電設(shè)備的一次規(guī)定電流；I2n為發(fā)電機(jī)的二次額定電流；?為發(fā)電機(jī)每相支路數(shù)；N為TA1所包括的支路數(shù)。則TA1的變化比按的條件選擇；TA2的變化比率按ING/I2n的規(guī)格選定，所以TA1的變化比率跟TA2的不一樣。其他的電流相互感應(yīng)設(shè)備的變比也按同樣的原理來選擇。包括變壓設(shè)備在內(nèi)的差動(dòng)保障電流相互感應(yīng)設(shè)備變化比率選擇要考慮到變壓設(shè)備的變化比率和Yd接線電流相位移。

2.3 發(fā)變組繼電安全保護(hù)基本原理

在變壓設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，變壓設(shè)備星形所在側(cè)相電流的相位落后于三角形所在側(cè)相電流角度約30°。由于存在電路電流相位差使得變壓設(shè)備在日常工作時(shí)或產(chǎn)生保護(hù)區(qū)以外的問題，使得差流不是0。所以，一定得要使用對(duì)應(yīng)接線的辦法來減掉二次所在側(cè)電路電流因?yàn)橄辔徊町愐鸬挠胁铍娏鳌?/p>

本系統(tǒng)內(nèi)，變壓設(shè)備縱向聯(lián)接差動(dòng)保護(hù)使用YNd11連接線路辦法，將變壓設(shè)備三角形所在側(cè)的三個(gè)電路電流相互感應(yīng)設(shè)備接成星狀，星形所在側(cè)三個(gè)電路電流相互感應(yīng)設(shè)備連接為三角狀，這樣就可以調(diào)整電路電流相互感應(yīng)設(shè)備TA3和TA4二次所在側(cè)電路電流相位相同。同時(shí)，考慮到星形側(cè)的電流相互感應(yīng)設(shè)備二次側(cè)電流由于三角形的接線方式增大了3倍，為保證正常運(yùn)行及發(fā)生外部故障時(shí)地差流為零，即將側(cè)電路電流相互感應(yīng)設(shè)備變化比率增大倍，即變壓設(shè)備兩側(cè)電路電流相互感應(yīng)設(shè)備變化比率選擇原則滿足：

2.4 發(fā)變組單相連連接地線線保護(hù)

就發(fā)變組而言，有益于發(fā)電設(shè)備與供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)之間無電聯(lián)系，因此發(fā)電設(shè)備定子連接地線安全保障措施可以簡(jiǎn)化。對(duì)于發(fā)變組，其中中性點(diǎn)一般不連連接地線線或經(jīng)過消弧線圈連連接地線線。發(fā)生單相線路連連接地線線時(shí)的連連接地線線電容電路電流（或補(bǔ)償后的連接地線電流）通常小于表1的允許值，故連接地線保護(hù)可以采用零序電壓保護(hù)，作用于信號(hào)。對(duì)于大電容供電設(shè)備也應(yīng)該使用安全的范圍是100%的定子連接地線保護(hù)設(shè)備。

表1 發(fā)變組單相連接地線電流允許值

2.5 變壓器高壓所在側(cè)連接地線短路零序保護(hù)設(shè)施

變壓設(shè)備中性點(diǎn)不連接地線工作，防止系統(tǒng)發(fā)生連接地線問題，中性點(diǎn)連接地線的變壓設(shè)備T1跳開后，變壓設(shè)備T2變?yōu)閹в幸稽c(diǎn)連接地線故障的不連接地線組合，使中性點(diǎn)產(chǎn)生過電壓，所以在變壓設(shè)備中性點(diǎn)應(yīng)該配備帶放電間隙的過電壓保護(hù)和零序電流保護(hù)，如圖2所示，方便當(dāng)中性點(diǎn)直接連接地線的變壓器跳閘的時(shí)候保護(hù)中性點(diǎn)未直接連接地線的變壓設(shè)備。

圖2 變壓器中性點(diǎn)不連接地線工作時(shí)過電壓保護(hù)與零序電流保護(hù)

2.6 反應(yīng)相間故障的后備保護(hù)

設(shè)定發(fā)變組后備保護(hù)，將發(fā)變組當(dāng)成整體分析，后備保護(hù)既作為發(fā)變組的后備，又當(dāng)成高壓母線臨間問題后備。電流元件接在發(fā)電設(shè)備中性點(diǎn)所在側(cè)的電路電流相互感應(yīng)設(shè)備上，電壓元件接在機(jī)端所在側(cè)電壓相互感應(yīng)設(shè)備上。其原理和整定方法和發(fā)電設(shè)備、變壓設(shè)備獨(dú)自后備保護(hù)相近。

臨間故障后續(xù)保障采用的是復(fù)合電路電壓?jiǎn)?dòng)過電路電流保護(hù)，它是低電路電壓?jiǎn)?dòng)過電路電流保護(hù)的延伸。它能判斷當(dāng)發(fā)生各種不對(duì)稱短路時(shí)和發(fā)生三相短路時(shí)的負(fù)序電壓，該保護(hù)的起動(dòng)條件：

a)電路電流相互感應(yīng)設(shè)備二次所在側(cè)的電路電流：

3 基于LabVIEW的發(fā)電廠繼電保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 基于LabVIEW的發(fā)電廠繼電保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)

基于LabVIEW的發(fā)電廠供電安保設(shè)設(shè)施重點(diǎn)功能為向發(fā)變組的電流、電壓以及電壓與電流之間相位角等信號(hào)實(shí)施分析與檢驗(yàn)，顯示出發(fā)動(dòng)機(jī)與電壓器獨(dú)立工作時(shí)發(fā)現(xiàn)的問題，根據(jù)使用維護(hù)條件，動(dòng)作于發(fā)出信號(hào)、進(jìn)行跳閘等動(dòng)作，獨(dú)立、快捷、具有針對(duì)性地把問題部件從機(jī)組中分離，使得問題部件避免二次損壞，其他未出現(xiàn)問題的組件繼續(xù)正常工作，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)供電設(shè)施的安全保障。

3.2 基于LabVIEW的發(fā)電廠繼電保護(hù)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)采用PCI總線方案，通過電壓、電流相互感應(yīng)設(shè)備的電氣數(shù)據(jù)，并配以PC機(jī)操作平臺(tái)和虛擬儀器軟件，構(gòu)成各種控制儀器和系統(tǒng)，從而為發(fā)電機(jī)—變壓器組提供以PCI計(jì)算機(jī)為核心和硬件支持的數(shù)字化、智能化的繼電保護(hù)系統(tǒng)。

該供電安全設(shè)備能輸入模擬信號(hào)，顯示出保險(xiǎn)電路中繼電器相關(guān)電氣量，并在發(fā)變組出現(xiàn)故障信號(hào)時(shí)，相應(yīng)的開關(guān)量會(huì)發(fā)生變化，以此起到發(fā)變組繼電保護(hù)的功能，該系統(tǒng)的工作流程圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)的工作流程圖

4 總結(jié)

發(fā)電機(jī)—變壓器繼電安全建設(shè)實(shí)現(xiàn)了對(duì)供電保障裝置所給電壓信號(hào)、電路電流問題的各種參照數(shù)據(jù)的高效率分析，對(duì)發(fā)生的問題進(jìn)行排檢。對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判斷故障是否發(fā)生，并且在發(fā)現(xiàn)故障后迅速進(jìn)行可靠保護(hù)動(dòng)作。本文所闡述的保護(hù)供電措施設(shè)計(jì)采用了虛擬儀器和通訊手法結(jié)合，大大提高了安全維護(hù)的可靠度和方便性。

基于LabVIEW的發(fā)電廠繼電保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和同類發(fā)電廠繼電保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比較，具有一定的優(yōu)勢(shì)。例如比較對(duì)象為基于組態(tài)王的發(fā)電廠繼電保護(hù)系統(tǒng)和基于三層體系結(jié)構(gòu)的發(fā)電廠繼電保護(hù)系統(tǒng)。

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