江蔚

【摘 要】文章主要論述了上海梅山鋼鐵股份有限公司熱電廠6#機(jī)在遵循常規(guī)校驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，總結(jié)出一種簡(jiǎn)單快速的校驗(yàn)方法，既無(wú)悖于失磁保護(hù)的原理，又能確保發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動(dòng)作的可靠性、準(zhǔn)確性。

【關(guān)鍵詞】失磁;校驗(yàn);判據(jù)

【中圖分類號(hào)】TM31 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2020）02-0074-03

0 引言

失磁是發(fā)電機(jī)較常見的故障，發(fā)電機(jī)失磁后，轉(zhuǎn)入異步運(yùn)行要從系統(tǒng)吸收大量無(wú)功功率，如果系統(tǒng)無(wú)功儲(chǔ)備不足，將引起系統(tǒng)電壓下降，甚至造成電壓崩潰，從而瓦解整個(gè)系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)從電網(wǎng)中大量吸收無(wú)功，影響并限制了發(fā)電機(jī)送出的有功功率。失磁后，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)入低滑差異步運(yùn)行，在轉(zhuǎn)子及勵(lì)磁回路中將產(chǎn)生脈動(dòng)電流，因而增加了附加損耗，使轉(zhuǎn)子和勵(lì)磁回路過(guò)熱。發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)就是要保護(hù)機(jī)組不至于運(yùn)行在異步狀態(tài)，以免危害發(fā)電機(jī)本體和電網(wǎng)穩(wěn)定。

為確保發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動(dòng)作的可靠性、準(zhǔn)確性，必須定期進(jìn)行全面的校驗(yàn)。但失磁保護(hù)與一般的保護(hù)相比，失磁保護(hù)的原理和校驗(yàn)過(guò)程要深?yuàn)W和復(fù)雜得多。困難是對(duì)主要判據(jù)異步阻抗圓的校驗(yàn)，為判斷動(dòng)作值的正確性，繼保校驗(yàn)人員必須深刻理解其原理，進(jìn)而構(gòu)建一元二次方程并求解，因此設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單快速的校驗(yàn)方法是很有意義的。

1 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)原理

（1）發(fā)電機(jī)由正常運(yùn)行到失磁異步運(yùn)行，機(jī)端測(cè)量阻抗由第I象限逐步進(jìn)入第IV象限。由此可知，發(fā)電機(jī)失磁與否，可用無(wú)功功率反向及機(jī)端測(cè)量阻抗的變化作為失磁保護(hù)的主要判據(jù)。

失磁保護(hù)阻抗圓包括異步圓和靜穩(wěn)圓。動(dòng)作條件如下：

（2）當(dāng)外部短路、系統(tǒng)震蕩、長(zhǎng)線充電和電壓回路斷線，機(jī)端測(cè)量阻抗也會(huì)進(jìn)入靜穩(wěn)邊界和異步邊界。因此，必須增設(shè)輔助判據(jù)才能保證選擇性。①轉(zhuǎn)子電壓下降輔助判據(jù)。②負(fù)序分量輔助判據(jù)。常用負(fù)序電壓或負(fù)序電流元件，作為失磁保護(hù)的閉鎖元件。當(dāng)出現(xiàn)負(fù)序時(shí)，閉鎖失磁保護(hù)。③延時(shí)輔助判據(jù)。

2 6#發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)整定

2.1 基本參數(shù)

發(fā)電機(jī)機(jī)端TA變比：5 000/5 A;發(fā)電機(jī)機(jī)端TV變比：10/0.1 kV;發(fā)電機(jī)額定功率Pe=60 MW;發(fā)電機(jī)額定電流Ie=4 123.9 A;異步邊界阻抗圓參數(shù)：Xa=1.93 Ω，Xb=32.6 Ω。阻抗繼電器輔助判據(jù)（保護(hù)裝置內(nèi)部設(shè)定）：①正序電壓≥6 V（相電壓）;②負(fù)序電壓U2<0.1Ugn=0.1×100=10 V;③發(fā)電機(jī)電流≥0.1Ie=0.412 A。

無(wú)功反向定值Q=0.15 Pe=0.15×60=9 Mvar，對(duì)應(yīng)二次值為 =90 var;轉(zhuǎn)子低電壓定值Ufd=30 V;機(jī)端低電壓定值：按保證廠用電安全和躲過(guò)強(qiáng)勵(lì)啟動(dòng)電壓條件整定，Uop=0.9Ugn=0.9×100=90 V。

3 傳統(tǒng)校驗(yàn)方法

3.1 校驗(yàn)過(guò)程

傳統(tǒng)校驗(yàn)方法是選取5個(gè)相位角，即分別在電流電壓相角為30°、60°、90°、120°、150°時(shí)，測(cè)得異步阻抗圓的邊界動(dòng)作值。在校驗(yàn)過(guò)程中，所加電流、電壓值采用試錯(cuò)法直至保護(hù)動(dòng)作。校驗(yàn)結(jié)束后再構(gòu)建一元二次方程并求解，從而判斷動(dòng)作值的正確性。

根據(jù)上述整定值，計(jì)算坐標(biāo)原點(diǎn)到阻抗圓圓心1和異步邊界阻抗圓半徑。

以φ=60°時(shí)為例，根據(jù)圖1構(gòu)建方程，則有：

解方程得：Z1=2.35 Ω;Z2=27.65 Ω。

3.2 局限性

（1）在校驗(yàn)過(guò)程中，所加電流、電壓值采用試錯(cuò)法，校驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)。

（2）在保護(hù)校驗(yàn)結(jié)束后，不能及時(shí)判斷動(dòng)作值的正確性，存在返工、延誤工期的可能。

（3）選取的校驗(yàn)點(diǎn)有4個(gè)不具有特殊性，要用余弦定理求解方程，計(jì)算復(fù)雜。

4 新校驗(yàn)方法概況

新校驗(yàn)法法選取兩個(gè)縱向圓周點(diǎn)、兩個(gè)橫向圓周點(diǎn)及兩個(gè)切線點(diǎn)（從坐標(biāo)原點(diǎn)出發(fā)的直線與阻抗圓相切的點(diǎn)）這6個(gè)特殊試驗(yàn)點(diǎn)，并在校驗(yàn)前事先計(jì)算出這6個(gè)點(diǎn)的理論動(dòng)作阻抗值，再將該阻抗值換算成電流電壓值。保護(hù)校驗(yàn)時(shí)，在計(jì)算出的理論動(dòng)作值附近加入電流電壓量，避免了校驗(yàn)的盲目性，且校驗(yàn)后能及時(shí)判斷動(dòng)作值的正確性，提高了工作效率。

4.1 出口方式

失磁I段：無(wú)功反向+定子阻抗判據(jù)，延時(shí)0.5 s，動(dòng)作于發(fā)信。

失磁II段：無(wú)功反向+定子阻抗判據(jù)+機(jī)端低電壓判據(jù)，延時(shí)0.5 s，動(dòng)作于跳閘停機(jī)。

失磁III段：無(wú)功反向+定子阻抗判據(jù)+轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)，延時(shí)1.0 s，動(dòng)作于跳閘停機(jī)。

4.2 異步阻抗圓臨界動(dòng)作值理論計(jì)算

按照整定值并結(jié)合圖1，事先做好理論動(dòng)作值的計(jì)算，各點(diǎn)的計(jì)算值填入表1。

（1）異步邊界阻抗圓半徑r= = =15.34。

（2）坐標(biāo)原點(diǎn)到阻抗圓圓心1= = =17.27。

（3）點(diǎn)1的電流電壓相角φ1=arccos =arccos =

27.3°;理論動(dòng)作阻抗值Z1= = =7.93 Ω;電流取1 A，則理論動(dòng)作電壓值U1=Z1×1=7.93×1=7.93 V。

（4）點(diǎn)2的電流電壓相角φ2=180°-φ1=152.7°;理論動(dòng)作阻抗值Z2=Z1=7.93 Ω;電流取1 A，則理論動(dòng)作電壓值U2=U1=7.93 V。

（5）點(diǎn)3的電流電壓相角φ3=arctg =arctg =48.39°;理論動(dòng)作阻抗值Z3= = =23.1 Ω;電流取1 A，則理論動(dòng)作電壓值U3=Z3×1=23.1×1=23.1 V。

（6）點(diǎn)4的電流電壓相角φ4=180°-φ3=131.61°;理論動(dòng)作阻抗值Z4=Z3=23.1 Ω;電流取1 A，則理論動(dòng)作電壓值U4=U3=23.1 V。

（7）點(diǎn)5的電流電壓相角φ5=90°;理論動(dòng)作阻抗值Z5=Xa=1.93 Ω;電流取4 A，則理論動(dòng)作電壓值U5=Z5×4=1.93×4=7.72 V。

（8）點(diǎn)6的電流電壓相角φ6=90°;理論動(dòng)作阻抗值Z6=Xb=32.6 Ω;電流取1 A，則理論動(dòng)作電壓值U6=Z6×1=32.6×1=32.6 V。

4.3 失磁保護(hù)校驗(yàn)過(guò)程

4.3.1 阻抗圓邊界值校驗(yàn)

以失磁保護(hù)II段為例，退出失磁I、III段。退出“發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)、發(fā)電機(jī)相間后備、發(fā)電機(jī)匝間保護(hù)、發(fā)電機(jī)啟停機(jī)保護(hù)、發(fā)電機(jī)工頻變化量差動(dòng)”硬壓板;退出“無(wú)功反向判據(jù)”，控制字由1改0。

將1ID∶8、1ID∶9、1ID∶10試驗(yàn)端子解開，加三相機(jī)端電流。

將1UD∶1、1UD∶2、1UD∶3試驗(yàn)端子解開，加三相機(jī)端電壓。

按表1的數(shù)據(jù)逐個(gè)校驗(yàn)圖2中的每個(gè)點(diǎn)，并將保護(hù)動(dòng)作時(shí)的電壓值填入表中。

點(diǎn)1校驗(yàn)：電流加固定值1 A，相位超前電壓27.3°并保持不變，電壓從9 V起步，然后逐漸減小直至失磁保護(hù)動(dòng)作。

點(diǎn)2校驗(yàn)：電流加固定值1 A，相位超前電壓152.7°并保持不變，電壓從9 V起步，然后逐漸減小直至失磁保護(hù)動(dòng)作。

點(diǎn)3校驗(yàn)：電流加固定值1 A，相位超前電壓48.39°并保持不變，電壓從25 V起步，然后逐漸減小直至失磁保護(hù)動(dòng)作。

點(diǎn)4校驗(yàn)：電流加固定值1 A，相位超前電壓131.61°并保持不變，電壓從25 V起步，然后逐漸減小直至失磁保護(hù)動(dòng)作。

點(diǎn)5校驗(yàn)：電流加固定值4 A，相位超前電壓90°并保持不變，電壓從6.5 V起步，然后逐漸增大直至失磁保護(hù)動(dòng)作。

點(diǎn)6校驗(yàn)：電流加固定值1 A，相位超前電壓90°并保持不變，電壓從35 V起步，然后逐漸減小直至失磁保護(hù)動(dòng)作。

以第3個(gè)校驗(yàn)點(diǎn)為例，理論動(dòng)作電壓值是23.1 V，實(shí)測(cè)動(dòng)作值為23.09 V，動(dòng)作值與理論值相符，動(dòng)作正確。

4.3.2 無(wú)功反向判據(jù)校驗(yàn)

以失磁保護(hù)II段為例，退出失磁I、III段。理論值計(jì)算：設(shè)三相電流I=2 A，φ=90°時(shí)，由公式Qset= U線Isin90°=90 var，計(jì)算得，U線=26 V，U相=15 V;投入“無(wú)功反向判據(jù)”，控制字由0改1;固定三相電流2 A和相位φ=90°不變，加三相電壓10 V（相電壓），則阻抗值Z=5 Ω，落在異步阻抗圓內(nèi)，但失磁保護(hù)應(yīng)不動(dòng)作;升高電壓，直至保護(hù)動(dòng)作。校驗(yàn)動(dòng)作值為U相=15.1 V，對(duì)應(yīng)阻抗為Z=15.1/2=7.5 Ω（如圖3所示）。

4.3.3 失磁II段機(jī)端低電壓定值校驗(yàn)

整定為Uop=90 V，則U相=52 V;固定三相電流2 A和相位φ=90°不變，加三相電壓54 V（相電壓），則阻抗值Z=27 Ω，落在異步阻抗圓內(nèi)，但失磁保護(hù)應(yīng)不動(dòng)作;降低電壓，直至保護(hù)動(dòng)作。校驗(yàn)動(dòng)作值為U相=52.1 V。

4.3.4 失磁II段轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)校驗(yàn)

無(wú)功反向判據(jù)退出，失磁阻抗圓條件滿足，電壓先大于35 V，在降低電壓至保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作電壓值為30.01 V，動(dòng)作正確。

5 新校驗(yàn)法的創(chuàng)新點(diǎn)及優(yōu)越性

（1）通過(guò)合理選擇6個(gè)特殊試驗(yàn)點(diǎn)，無(wú)需構(gòu)建一元二次方程，用勾股定理即可求解理論動(dòng)作阻抗值，計(jì)算方便簡(jiǎn)單。

（2）通過(guò)事先計(jì)算理論動(dòng)作阻抗值，從而避免了校驗(yàn)的盲目性，并且校驗(yàn)后能及時(shí)判斷動(dòng)作值的正確性，提高了工作效率。

6 結(jié)論

本文所探究的失磁保護(hù)校驗(yàn)方案，是在分析上海梅山鋼鐵股份有限公司熱電廠發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)校驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，提出了一種較為合理的中小型發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)的校驗(yàn)方法，采用此方法校驗(yàn)，既能夠節(jié)省校驗(yàn)時(shí)間，又可提前對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行并網(wǎng)。需要注意的是，失磁保護(hù)對(duì)整定計(jì)算的要求較高，如整定不當(dāng)，易造成誤動(dòng)作。合理地簡(jiǎn)化不僅有利于整定和運(yùn)行，還可以減少動(dòng)作發(fā)生的可能性。

參 考 文 獻(xiàn)

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