1、第24卷第1期長春工業大學學報V ol 124N o. 12003年3月JOURNA L OF CH ANG CH UN UNI VERSITY OF TECH NO LOGY Mar 12003文章編號:100622939(2003 0120059203大型發電機組相間故障保護整定及靈敏度分析侯為林1, 王妍哲2, 顧晶濤2(11太平灣發電廠, 遼寧丹東118000; 長春工程學院電氣工程系, 吉林長春130012摘要:分析比率制動式縱差保護系統作為大容量機組主保護的可靠性及靈敏度, 通過該系統在太平灣發電廠3#機組的應用, 證明該方法限制不平衡電流影響是有效的, 保證了電力系統供電質量。關

2、鍵詞:縱差保護; 比率制動; 不平衡電流中圖分類號:T M774文獻標識碼:A0引言 大型發電機組是現代電力系統中的重要組成部分, 其本身價格昂貴、結構復雜, 一旦發生故障, 檢修困難并造成較大的經濟損失。另外, 大型發電機組的突然故障勢必影響電力系統的穩定運行, 不能保證電能質量。發電機定子繞組的相間故障會產生很大的短路電流, 故障點的電弧會使繞組絕緣燒壞, 甚至引起火災, 使機組遭到嚴重破壞, 這是發電機最為嚴重的故障之一1。我國電力系統繼電保護要求, 對于1MW 以上的發電機組應裝設縱聯差動保護作為相間故障的主保護。同時, 要求縱差保護有較高的可靠性和靈敏度2。我廠3#發電機組選用了由許

3、昌繼電器廠生產的比率制動式縱差繼電器。1比率制動式縱差保護的工作原理比率制動式縱差保護其動作電流不是固定不變的, 它隨外部短路電流的增大而自動增大, 且動作電流的增大比不平衡電流的增大還快, 既保證外部不誤動, 同時對于內部短路又有足夠的靈敏度。比率制動式縱差保護原理接線如圖1所示。縱差保護的差動電流i d 和制動電流i res 分別為:i d =i 1-i 2=(i 1-i 2 /n bai res =(i 1+i 2 /2=(I 1-I 2 /n ba式中:i 1, i 2互感器一、二次側電流; n ba互感器變比, 一般取值011。圖1比率制動式差動保護原理接線當在發電機機端縱差保護的保

4、護區外部發生短路時的電流為i k. ou =i 1=i 2在理想狀態下差動保護的差動電流為i d =0, 制動電流為i res =I k. ou /n ba , 即在外部短路時差動繼電器以全部短路電流為制動量, 而作為動作量的差動電流卻為零, 繼電器可靠不動作。當發電機內部發生短路時, 內部短路電流為i k. in =i 1-i 2相應有i d =i 1-i 2=i k. in /n ba i res =(i 1+i 2 /2n ba由于在發電機差動保護范圍內發生短路時,i 2與i 1反相, 因此差動繼電器的制動量僅與兩側電流之差|i 1|-|i 2|正比, 而動作量卻與全部內部短路電流i k

5、. in 成正比, 保證繼電器靈敏動作。實際上, 當發電機差動保護區外故障時, 由于兩側電流互感器存在著傳變特性不一致, 使得繼電器的差動電流并不為零, 這就是所說的差動保收稿日期:2002208210作者簡介:侯為林(1968- , 男, 安徽無為人, 太平灣發電廠工程師, 主要從事電力系統自動化研究.護的不平衡電流i unb , 它是外部短路時繼電器誤動作的根源, 發電機外部短路時恒有i 1=i 2。由于短路電流很大, 特別是暫態過程中含有非周期分量電流, 使電流互感器的勵磁電流急劇增大而呈飽和狀態, 這時很難保持兩側電流互感器傳變特性一致, 從而產生不平衡電流。對于正確設計選用的電流互感

6、器和二次回路, 在實際最大外總短路電流作用下, 電流互感器的變化n ba 因飽和而產生的誤差10%。當發電機正常運行時, i 1=i 2i n (發電機額定電流 , 這時差動繼電器的制動電流i res i n /n ba , 保護差回路中的不平衡電流i unb 很小, 接近于零。當機端差動保護區外三相短路時, 有最大外部短路電流i k. ou. max , 這時最大不平衡電流為i unb. max =K aper K stfi i k. ou. max /n ba計算故障電流中的非周期分量電流對電流互感器傳變特性的影響而引入一個系數K aper , 一般取K aper =1. 52。通常情況下

7、, 在發電機機端三相短路時, 最大外部短路電流I k. ou. max 約為發電機額定電流的8倍, 所以發電機縱差保護的最大不平衡電流為20. 50. 18I n /n ba =0. 8I n /n ba 。外部短路時, 發電機縱差保護的差回路中的不平衡電流i unb 與制動回路中制動電流i res 的關系曲線如圖2中的oT 所示。 圖2制動特性2比率制動式縱差保護的靈敏度我廠3#機組容量為47. 5MW , 發電后經升壓變壓器升壓至22kV , 由高壓電網輸送到朝鮮, 供給朝鮮國內大部分工業企業用電。該機組選用的比率制動式差動繼電器的動作電流i op 與制動電流i res 的關系曲線如圖2中

8、的折線PQS 所示, 由圖可見, 在保護的制動電流i res =0I k. ou. max /n ba 的全部范圍內, 只要繼電器的動作電流i op 總大于不平衡電流i unb , 就能保證外部故障時保護不誤動作。在制動特性QS 段, 動作電流隨制動電流而變, 外部短路電流越大, 動作電流也就越大, 使繼電器永遠處于制動狀態。這種動作電流隨外部故障電流成比例增大的動作特性就是所謂的比率制動原理。對于無制動作用而帶速飽和的BCH 22型差動繼電器, 為保證外部故障時保護不誤動作, 動作電流必須整定為圖中OR =S K, 且這個值是固定不變的。圖中的直線RS 明顯高于折線PQS , 也就是說BCH

9、 22型差動繼電器構成的縱差保護的動作電流一定大于比率制動式縱差保護的動作電流。因此, BCH 22型差動保護在發電機內部故障時的靈敏度遠不如比率制動式差動保護。由圖中可見, 比率制動式差動保護的整定計算包含最小動作電流i op. min , 拐點電流, 最大外部短路電流下的最大動作電流i op. max 或最大制動系數, 亦即確定比率制動特性的P , Q , S 三點。為保證發電機在最大負荷工況下運行時縱差保護不誤動作, 就應當使保護的最小動作電流i op. min 大于最大負荷時的不平衡電流i unb. o , 其大小可以在機組滿負荷運行的情況下在現場實際測量, 通常取差動保護的最小動作電

10、流i op. min =(1. 52. 0 i unb. o 即能滿足發電機在最大負荷工況下運行時縱差保護不誤動作, 防止外部短路誤動作依靠比率制動特性的QS 斜線部分, 與最小動作電流i op. min 無關。拐點電流的大小由制造廠家的產品決定, 一般應不大于發電機的額定電流。最大外部短路電流下的最大動作電流按照i op. max =(1. 31. 5 K ST f i i k. ou. max /n ba 定, 上述原則整定的比率制動式差動保護, 對機端兩相金屬性短路的靈敏度總是滿足大于2的技術要求2。3結論發電機采用比率制動式縱差保護, 靈敏度顯著提高, 但若出現高阻抗的短路故障, 則這

11、種保護又顯不足, 可以選用“標積制動”式縱差保護方式, 但其結構復雜3。隨著電力系統容量的不斷提高, 微機技術的不斷應用, 我國新型的發電機組一般采用微型計算機繼電保護系統, 其可靠性及靈敏度更高。我電廠現在進行的2#機組改建工程即采用微機控制繼電保護系統。參考文獻:1繼電器行業學會. 電力系統繼電保護基礎M.北京:機械工業出版社,199512能源部西北電力設計院. 電力工程電氣設計手冊M.北京:水利電力出版社,199213王為儉, 侯炳運. 大型機組繼電保護理論基礎M.北京:水利電力出版社,19891A Protective System for the Interpha se Failur

12、e s of LargeDynamo s and an Analysis of I ts SensitivityHOU Wei 2lin 1, WANG Y an 2zhe 2, G U Jing 2tao 2(1. T aipingwan E lectric P ower Plant , Dandong 118000, China ;2. Department of E lectronic Engineering , Changchun Institute of T echnology , Changchun 130012, China Abstract :The reliability and sensitivity of the vertical difference protective system with rate brake have been analyzed. This system has been the main safeguard used in large 2scale power systems. Its effectiv