关于1000MW 机组发变组保护配置探讨

潘一平 广东大唐国际潮州发电有限责任公司 515723

【文章摘要】

本文介绍了1000MW 机组发变组保护的配置原则，并主要对100% 定子接地保护、发电机失磁保护及主变压器零序差动保护的配置三种保护方式进行探讨。

【关键词】

1000MW 机组；发变组保护；主变零差

0 引言

1000MW 发电机组系特大容量的发电机组，该机组若在运行过程中出现损坏，或者是跳闸等情况，都将给企业带来巨大的经济损失，同时会给电力系统带来较为严重的冲击。所以，为能够最大限度的保障1000MW 发电机组的安全稳定运行，保障其良好的配置性能，动作的灵活与可靠，继电保护是十分重要的。

1 保护的配置原则

1000MW 机组发变组保护配置原则包括以下几点：一是具有反应机组各种异常运行的异常运行保护；二是具有反应各种短路故障的主保护和后备保护。此外，不管何种情况下，机组的运行都应得到主保护；借助于主保护双重化配置，进一步对主保护进行强化，并对后备保护进行简化；所配置的保护需要具备高度的灵敏性与动作可靠性。需要注意保护双重化配置并非是采用两套提供保护功能完全相同，动作特性、逻辑框图、保护功能及信号都一样的保护装置。大型发电机组短路故障的后备保护简化原因主要包括以下几点：

一是大型发电机组一般都是借助于高压输电线路与电力系统建立连接关系，与超高压母线相连接。由相关规程规定可知，超高压母线与超高压输电线路保护都是双重化配置，也就是说发电机组的主保护与后备保护都已经实现了双重化。所以，理论上在切除输电线路或母线上故障的过程中，基本上是不能通过发电机组的后备保护来实现。

二是发电机组的主保护已双重化配置，在切除输电线路或母线上故障的过程中，也是不能通过发电机组的后备保护来实现。

三是大量的实践经验表明，因为受到多种因素的影响，发电机组后备保护存在较为严重的误动情况。

四是大型机组不同后备保护间的保护功能有重叠部分，如发电机复压过流保护与发电机的对称过流保护的保护功能基本上就是一样的。此处需要说明的是，在1000MW 的发电机组中，应该由不同的互感器接入其主保护与后备保护所用的电流电压等电气量，并且要求装置提供不同的采样板及计算逻辑单独计算后判断出口，定子绕组接地保护应双重化配置，发电机失磁保护及过电压保护应双重化配置。

2 1000MW 机组发变组保护配置探讨

1000MW 机组发变组保护主保护主要配置发电机差动，主变差动即发电机横向差动保护，横差保护也就是匝间保护；后备保护一般配置发电机过负荷保护、失步保护、电机频率异常、失磁保护、发启停机保护、过电压保护、过激磁保护、误上电保护、断口闪络保护、逆功率保护、转子接地保护、100％定子接地保护、主变阻抗保护、断路器非全相保护等；非电气量保护主要配置发电机断水保护、绕组超温、瓦斯保护、压力释放、冷却器故障、热工保护以及变压器的油位异常等非电气量的保护。

2.1 100% 定子接地保护

100% 定子接地保护为外加电源方式的定子绕组单相接地保护，图1 即为100％定子接地保护外部设备与接线图。被限制在10A 的定子接地故障，因为发电机差动保护动作整定值被整定在定子额定电流约为1O%-20%，所以，发电机差

图1 100％定子接地保护外部设备与接线图225

应用技术

Application Technology

电子制作

动保护动作无法实现，应单独设发电机定子接地保护。当发电机处于正常运行状态时，注入信号只产生很小的电容电流，三相定子回路对地是绝缘的；当发电机处于不正常运行状态，出现发电机定子单相接地故障时，注入信号将产生电阻性电流保护装置采集注入电压和回路的测量电流。发电机外加20Hz 电源定子单相接地保护能够对发电机中性点及整个定子绕组进行保护，具有较高的保护灵敏度，并且接地位置情况一般不会对其造成影响，保护无死区，能够较为准确的检测出定子绝缘逐步老化的情况，并可以保护发电机停机状态。

2.2 发电机失磁保护

目前国内应用比较普遍的失磁保护主要有两种，一是阻抗型失磁保护，二是逆无功+ 过负荷型失磁保护。

首先，阻抗型失磁保护以阻抗复平面上的一个圆为主判据，在应用过程中， 阻抗圆可采用静稳边界圆，也可采用异步边界圆。如果发电机采用旋转励磁系统，就不能取出转子电压，而因为大型发电机转子电流很高，在进行切除时的电压也会相应较高，这十分不利于弱电系统。经试验研究可知，ABB 生产的励磁系统，正常运行情况下，其有效值可达1500V，若在该状态下实现与微机保护柜的连接，必然会存在不同程度的隐患。由此我们认为1000MW 发电机失磁保护引入转子电压并非是一件易事，所以，应不采用静稳边界阻抗圆。此外，在分析过程中我们还发现，如果采用异步边界圆，其不足之处就是不能满足其动作特性，当发电机带较大有功功率失磁后，就无法达到较快的动作要求，甚至会出现拒动情况，与电力系统的连续阻抗大时失磁，它也不易动作；当发电机带小功率失磁后，反而动作快。

经上述分析可知，逆无功+ 过负荷型失磁保护较之于阻抗性失磁保护具备了更好的性能，动作速度也会更快。在保护中采用负序电压闭锁，可以有效区分失磁与短路故障，因此，笔者认为应当采用该型失磁保护。

2.3 主变压器零序差动保护的配置

对变压器高低压相电流的差进行比较即变压器纵差保护，可以更好的检测出变压器相间短路故障。对于YN,d 接线变压器，当在高压绕组的部分范围内出现接地故障点时，在保护装置故障电流就会表现出穿越性，这时候就不会具备较高灵敏度的纵差保护，甚至是不动作。所以，我们在主变压器配置了零序差动保护作为变压器的接地保护，图2 即为本文设计的零序差动保护接线示意图。

当主变压器高压侧出现故障时，单相短路电流为38．65kA，三相短路电流为36．68kA，两相接地短路电流为37． 49kA。保护整定计算如下：

避越外部三相短路时的不平衡电流：

避越外部单相接地故障时的不平衡电流：

躲过励磁涌流产生的不平衡电流：

式中：零序差动保护动作电流用来表示；电流互感器同型系数用来表示，取0.5 ；变压器电流互感器变比用来表示，取2000/1A；可靠系数用来表示，取1.5 ；非周期分量系数用来表示，取2 ；电流互感器变比未完全匹配而造成的误差用来表示，取O.5 ；电流互感器的比误差用来表示，取0.1 ；变压器的容量用来表示；变压器基准侧额定二次电流用来表示；变压器基准侧电压用来表示；保护区外最大单相或两相接地短路电流用来表示，取单相接地短路电流；外部最大三相短路电流用来表示。

通过计算可知，保护整定动作电流取计算结果的最大值4.4A，比变压器的额定电流0.685A 要高出很多，其内部接地短路的灵敏度较差。因此，我们可以采用最大相电流制动的原理的保护装置，将保护改为比率制动式原理，其零序制动电流：，零序差动电流为，制动电流取高压侧的最大相电流作为制动电流，其保护动作情况如表1 所示。

由表1 可知，区内单相接地故障时差动电流总是比制动电流高出很多。

3 结论

综上所述，本文简单分析了1000MW 机组发变组保护配置的三种方式，期望经过探讨提高电力系统安全性，减少事故发生机率。

【参考文献】

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[5] 杨艳春. 微机型发变组保护在大型发电机组中的应用及优化探讨[D]. 华北电力大学（北京）,2007.

表1 最大相制动电流零差保护动作情况

图2 零序差动保护接线示意图226