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        改進(jìn)的同步發(fā)電機(jī)分閘保護(hù)系統(tǒng)

        2018-01-26 10:22:54楊向陽(yáng)
        卷宗 2018年36期

        摘 要:當(dāng)并網(wǎng)的同步發(fā)電機(jī)需要根據(jù)指令或由于系統(tǒng)出現(xiàn)故障需要停機(jī)時(shí),控制器向斷路器發(fā)出分閘指令,斷路器斷開(kāi),使同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)隔離。但當(dāng)控制器、斷路器或連接斷路器的保護(hù)元件出現(xiàn)失效時(shí),則會(huì)出現(xiàn)分閘失敗故障。如發(fā)動(dòng)機(jī)停止點(diǎn)火,此時(shí)發(fā)電機(jī)將被電網(wǎng)拖住,由發(fā)電狀態(tài)直接轉(zhuǎn)換為電動(dòng)狀態(tài),拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)旋轉(zhuǎn),造成重大的設(shè)備損壞,釀成安全事故。因此,本文對(duì)傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)分閘方法進(jìn)行系統(tǒng)優(yōu)化改進(jìn),并提出了一種安全可靠性更高的分閘控制保護(hù)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)同步發(fā)電機(jī)的可靠分閘。

        關(guān)鍵詞:同步發(fā)電機(jī);分閘失??;分閘保護(hù)

        隨著分布式能源的不斷發(fā)展,采用同步發(fā)電機(jī)的小型電站得到了廣泛的應(yīng)用。該類小型電站多采用無(wú)人值守的自動(dòng)運(yùn)行方式,發(fā)電機(jī)的準(zhǔn)同期,運(yùn)行控制、保護(hù)等均通過(guò)系統(tǒng)控制器進(jìn)行自動(dòng)控制。當(dāng)計(jì)劃性停機(jī)或因故障造成非計(jì)劃停機(jī)時(shí),如果因保護(hù)回路、斷路器、控制器等故障失效而不能正常分閘,將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)被電網(wǎng)拖住,無(wú)法與電網(wǎng)解列,造成分閘失敗[1]。發(fā)電機(jī)在旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的慣性下,發(fā)電機(jī)將從電網(wǎng)吸收功率轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī),拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。因電路主回路系統(tǒng)無(wú)瞬間短路、過(guò)流故障,斷路器不會(huì)自動(dòng)脫扣跳閘。

        在該故障模式下,如果無(wú)外力介入,系統(tǒng)將無(wú)法停止,一直旋轉(zhuǎn)下去。機(jī)器長(zhǎng)時(shí)間非正常運(yùn)行,因散熱不良,機(jī)體溫度逐漸升高,造成機(jī)油、防凍液高溫噴出,旋轉(zhuǎn)部件將缺乏保護(hù)將造成嚴(yán)重?fù)p壞。機(jī)體附著線束軟化,變形,嚴(yán)重將導(dǎo)致著火,甚至造成嚴(yán)重的安全事故和人身傷害。

        因此,研究安全可靠的同步發(fā)電機(jī)分閘保護(hù)系統(tǒng)有著重要的理論價(jià)值和實(shí)際意義。

        1 簡(jiǎn)單分閘保護(hù)系統(tǒng)工作原理

        同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)連接點(diǎn)采用帶電動(dòng)分合閘的斷路器。發(fā)電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)行后,控制器實(shí)時(shí)采集斷路器兩端的電壓、頻率,在滿足同步發(fā)電機(jī)同期條件后,控制器發(fā)出合閘信號(hào),合閘繼電器得電,驅(qū)動(dòng)斷路器閉合。同步發(fā)電機(jī)被接入至電網(wǎng)中,開(kāi)始工作。

        當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時(shí)(如發(fā)電機(jī)油壓低、發(fā)動(dòng)機(jī)水溫高或發(fā)電機(jī)過(guò)流時(shí))或接收到外部要求的停機(jī)指令后,控制器發(fā)出分閘信號(hào),分閘繼電器得電。驅(qū)動(dòng)斷路器斷開(kāi),以實(shí)現(xiàn)同步發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)的隔離。

        斷路器的電動(dòng)操作電源一般通過(guò)熔斷器或斷路器進(jìn)行保護(hù)。

        這種結(jié)構(gòu)的分閘保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,但存在著安全性和可靠性較差的問(wèn)題,當(dāng)保護(hù)元件或控制器、斷路器任何一個(gè)部件出現(xiàn)問(wèn)題,系統(tǒng)將無(wú)法正常進(jìn)行分閘操作,導(dǎo)致發(fā)電機(jī)進(jìn)入倒拖[2],變成電動(dòng)機(jī),不斷從電網(wǎng)吸收有功功率和無(wú)功功率,造成發(fā)電機(jī)的損壞和電網(wǎng)的安全事故。

        2 改進(jìn)的分閘保護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

        基于簡(jiǎn)單分閘保護(hù)系統(tǒng)可靠性較差的弊端,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn),在原有的分閘保護(hù)系統(tǒng)基礎(chǔ)上添加冗余保護(hù)裝置,增強(qiáng)其工作的安全性和可靠性。改進(jìn)的分閘保護(hù)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

        系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上,在主回路上增加一臺(tái)帶分勵(lì)脫扣的冗余斷路器QF2,其作用在于當(dāng)斷路器QF1無(wú)法分?jǐn)鄷r(shí),由QF2完成分?jǐn)喔綦x功能。

        在控制箱內(nèi)增加一臺(tái)逆功率保護(hù)器[2],逆功率保護(hù)器控制輸出中間繼電器KA4,當(dāng)系統(tǒng)從電網(wǎng)吸收有功功率時(shí),逆功率保護(hù)器動(dòng)作,驅(qū)動(dòng)KA4得電。

        與常規(guī)系統(tǒng)相同,發(fā)電機(jī)控制器輸出中間繼電器KA1,用于發(fā)電機(jī)同期時(shí)的合閘控制。

        與常規(guī)系統(tǒng)相同,發(fā)電機(jī)控制器輸出中間繼電器KA2,用于發(fā)電機(jī)同期時(shí)的分閘控制。

        在發(fā)電機(jī)控制器上增加一個(gè)中間繼電器KA3,其作用為控制器發(fā)出分閘指令,但未收到在QF1分閘信號(hào),控制器輸出分閘失敗信號(hào),驅(qū)動(dòng)中間繼電器KA3得電。

        KA4的輔助觸點(diǎn)與繼電器KA3的觸點(diǎn)并聯(lián),用于控制冗余斷路器QF2的分勵(lì)線圈,當(dāng)KA4或KA3得電時(shí),QF2將斷開(kāi)。

        3 改進(jìn)的分閘保護(hù)系統(tǒng)工作流程

        改進(jìn)的同步發(fā)電機(jī)分閘保護(hù)系統(tǒng)在正常工作時(shí),控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集發(fā)電機(jī)側(cè)和電網(wǎng)側(cè)的電壓、電流和頻率進(jìn)行處理運(yùn)算,判斷并網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)中出現(xiàn)故障需要斷開(kāi)時(shí)或接收到外部停機(jī)指令后,系統(tǒng)發(fā)出分閘指令,進(jìn)行同步發(fā)電機(jī)分閘操作。若系統(tǒng)控制器和斷路器均正常工作,則主斷路器QF1正常斷開(kāi),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)分閘。

        若系統(tǒng)控制器正常工作,而斷路器由于本身故障或其控制電源側(cè)的熔斷器出現(xiàn)故障,導(dǎo)致主斷路器QF1不能正常斷開(kāi)。此時(shí),控制器控制分閘失敗繼電器KA3得電,使冗余斷路器QF2斷開(kāi),完成系統(tǒng)分閘。若控制器不能正常工作,此時(shí)系統(tǒng)處于失控狀態(tài),控制器無(wú)法輸出分閘繼電器或分閘失敗繼電器,主斷路器QF1無(wú)法正常斷開(kāi)。此時(shí),發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)側(cè)吸收功率,當(dāng)吸收功率達(dá)到逆功率保護(hù)器設(shè)置的閥值并達(dá)到延時(shí)時(shí)間時(shí),逆功率保護(hù)器工作,使繼電器KA4得電,冗余斷路器QF2斷開(kāi),實(shí)現(xiàn)同步發(fā)電機(jī)的分閘操作。

        因此,在原有的同步發(fā)電機(jī)分閘保護(hù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,增加逆功率保護(hù)器和冗余斷路器可以在系統(tǒng)出現(xiàn)控制器失靈或斷路器拒動(dòng)的情況下完成分閘操作。這種電氣結(jié)構(gòu)和控制方法提高了分閘保護(hù)系統(tǒng)的安全性和可靠性,也增大了系統(tǒng)的冗余性和容錯(cuò)率。

        4 具體實(shí)施案例

        本單位開(kāi)發(fā)的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組,發(fā)電機(jī)組控制器采用深海8620控制器,在實(shí)際使用中,因保護(hù)斷路器跳閘,導(dǎo)致發(fā)電機(jī)控制器失電,無(wú)法工作,致使發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行,因控制器失效,未發(fā)出分閘指令,導(dǎo)致發(fā)電機(jī)未及時(shí)與電網(wǎng)脫開(kāi),造成了機(jī)組長(zhǎng)達(dá)4個(gè)多小時(shí)逆功率運(yùn)行。造成機(jī)組防凍劑和機(jī)油噴出,所有的旋轉(zhuǎn)部件均嚴(yán)重磨損,缸體變形,給企業(yè)重大經(jīng)濟(jì)損失,該事故差點(diǎn)釀成火災(zāi)。

        我們將改進(jìn)的同步發(fā)電機(jī)分閘保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)用于150kw熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組中,主斷路器采用帶電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)的塑殼斷路器,冗余斷路器采用帶分勵(lì)脫扣的普通斷路器。機(jī)組正常由發(fā)電機(jī)控制器來(lái)控制自動(dòng)啟動(dòng)、同期、運(yùn)行和停止。在機(jī)組控制器失效時(shí),由冗余保護(hù)系統(tǒng)提供保護(hù)。

        采用改進(jìn)后的發(fā)電機(jī)分閘保護(hù)系統(tǒng)后,能夠在系統(tǒng)出現(xiàn)故障后快速進(jìn)行分閘操作。目前,采用該分閘保護(hù)系統(tǒng)已平穩(wěn)運(yùn)行數(shù)千小時(shí),現(xiàn)已通過(guò)審批該項(xiàng)專利[3]。

        5 結(jié)論

        本文對(duì)傳統(tǒng)的同步發(fā)電機(jī)分閘保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn),在發(fā)電機(jī)側(cè)增加逆功率保護(hù)器,在電網(wǎng)側(cè)增加冗余斷路器,使分閘保護(hù)系統(tǒng)能在控制器失靈或主斷路器拒動(dòng)的情況下,能夠正常完成分閘操作。通過(guò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和控制方法的優(yōu)化,分別在理論上和實(shí)際工程中驗(yàn)證了改進(jìn)后分閘保護(hù)系統(tǒng)的可行性和正確性。

        參考文獻(xiàn)

        [1]陳亦平,洪軍.巴西“11.10”大停電原因分析及對(duì)我國(guó)南方電網(wǎng)的啟示[J].電網(wǎng)技術(shù),2010,34(5):77-82.

        [2]楊益平,錢敏.淺談膨脹機(jī)異步發(fā)電機(jī)的逆功率保護(hù)[J].電氣傳動(dòng)自動(dòng)化,2016,38(2):58-60.

        [3]武海濱,楊向陽(yáng),李文樂(lè),等.一種同步發(fā)電機(jī)離網(wǎng)時(shí)分閘失敗保護(hù)系統(tǒng)[P].中國(guó)專利:CN201721239270.3,2018-06-05.

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