大型发变组保护相间故障保护整定及灵敏度分析

1、第24卷第1期长春工业大学学报V ol 124N o. 12003年3月JOURNA L OF CH ANG CH UN UNI VERSITY OF TECH NO LOGY Mar 12003文章编号:100622939(2003 0120059203大型发电机组相间故障保护整定及灵敏度分析侯为林1, 王妍哲2, 顾晶涛2(11太平湾发电厂, 辽宁丹东118000; 长春工程学院电气工程系, 吉林长春130012摘要:分析比率制动式纵差保护系统作为大容量机组主保护的可靠性及灵敏度, 通过该系统在太平湾发电厂3#机组的应用, 证明该方法限制不平衡电流影响是有效的, 保证了电力系统供电质量。关

2、键词:纵差保护; 比率制动; 不平衡电流中图分类号:T M774文献标识码:A0引言 大型发电机组是现代电力系统中的重要组成部分, 其本身价格昂贵、结构复杂, 一旦发生故障, 检修困难并造成较大的经济损失。另外, 大型发电机组的突然故障势必影响电力系统的稳定运行, 不能保证电能质量。发电机定子绕组的相间故障会产生很大的短路电流, 故障点的电弧会使绕组绝缘烧坏, 甚至引起火灾, 使机组遭到严重破坏, 这是发电机最为严重的故障之一1。我国电力系统继电保护要求, 对于1MW 以上的发电机组应装设纵联差动保护作为相间故障的主保护。同时, 要求纵差保护有较高的可靠性和灵敏度2。我厂3#发电机组选用了由许

3、昌继电器厂生产的比率制动式纵差继电器。1比率制动式纵差保护的工作原理比率制动式纵差保护其动作电流不是固定不变的, 它随外部短路电流的增大而自动增大, 且动作电流的增大比不平衡电流的增大还快, 既保证外部不误动, 同时对于内部短路又有足够的灵敏度。比率制动式纵差保护原理接线如图1所示。纵差保护的差动电流i d 和制动电流i res 分别为: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、二次侧电流; n ba互感器变比, 一般取值011。图1比率制动式差动保护原理接线当在发电机机端纵差保护的保

4、护区外部发生短路时的电流为i k. ou =i 1=i 2在理想状态下差动保护的差动电流为i d =0, 制动电流为i res =I k. ou /n ba , 即在外部短路时差动继电器以全部短路电流为制动量, 而作为动作量的差动电流却为零, 继电器可靠不动作。当发电机内部发生短路时, 内部短路电流为i k. in =i 1-i 2相应有i d =i 1-i 2=i k. in /n ba i res =(i 1+i 2 /2n ba由于在发电机差动保护范围内发生短路时,i 2与i 1反相, 因此差动继电器的制动量仅与两侧电流之差|i 1|-|i 2|正比, 而动作量却与全部内部短路电流i k

5、. in 成正比, 保证继电器灵敏动作。实际上, 当发电机差动保护区外故障时, 由于两侧电流互感器存在着传变特性不一致, 使得继电器的差动电流并不为零, 这就是所说的差动保收稿日期:2002208210作者简介:侯为林(1968- , 男, 安徽无为人, 太平湾发电厂工程师, 主要从事电力系统自动化研究.护的不平衡电流i unb , 它是外部短路时继电器误动作的根源, 发电机外部短路时恒有i 1=i 2。由于短路电流很大, 特别是暂态过程中含有非周期分量电流, 使电流互感器的励磁电流急剧增大而呈饱和状态, 这时很难保持两侧电流互感器传变特性一致, 从而产生不平衡电流。对于正确设计选用的电流互感

6、器和二次回路, 在实际最大外总短路电流作用下, 电流互感器的变化n ba 因饱和而产生的误差10%。当发电机正常运行时, i 1=i 2i n (发电机额定电流 , 这时差动继电器的制动电流i res i n /n ba , 保护差回路中的不平衡电流i unb 很小, 接近于零。当机端差动保护区外三相短路时, 有最大外部短路电流i k. ou. max , 这时最大不平衡电流为i unb. max =K aper K stfi i k. ou. max /n ba计算故障电流中的非周期分量电流对电流互感器传变特性的影响而引入一个系数K aper , 一般取K aper =1. 52。通常情况下

7、, 在发电机机端三相短路时, 最大外部短路电流I k. ou. max 约为发电机额定电流的8倍, 所以发电机纵差保护的最大不平衡电流为20. 50. 18I n /n ba =0. 8I n /n ba 。外部短路时, 发电机纵差保护的差回路中的不平衡电流i unb 与制动回路中制动电流i res 的关系曲线如图2中的oT 所示。 图2制动特性2比率制动式纵差保护的灵敏度我厂3#机组容量为47. 5MW , 发电后经升压变压器升压至22kV , 由高压电网输送到朝鲜, 供给朝鲜国内大部分工业企业用电。该机组选用的比率制动式差动继电器的动作电流i op 与制动电流i res 的关系曲线如图2中

8、的折线PQS 所示, 由图可见, 在保护的制动电流i res =0I k. ou. max /n ba 的全部范围内, 只要继电器的动作电流i op 总大于不平衡电流i unb , 就能保证外部故障时保护不误动作。在制动特性QS 段, 动作电流随制动电流而变, 外部短路电流越大, 动作电流也就越大, 使继电器永远处于制动状态。这种动作电流随外部故障电流成比例增大的动作特性就是所谓的比率制动原理。对于无制动作用而带速饱和的BCH 22型差动继电器, 为保证外部故障时保护不误动作, 动作电流必须整定为图中OR =S K, 且这个值是固定不变的。图中的直线RS 明显高于折线PQS , 也就是说BCH

9、 22型差动继电器构成的纵差保护的动作电流一定大于比率制动式纵差保护的动作电流。因此, BCH 22型差动保护在发电机内部故障时的灵敏度远不如比率制动式差动保护。由图中可见, 比率制动式差动保护的整定计算包含最小动作电流i op. min , 拐点电流, 最大外部短路电流下的最大动作电流i op. max 或最大制动系数, 亦即确定比率制动特性的P , Q , S 三点。为保证发电机在最大负荷工况下运行时纵差保护不误动作, 就应当使保护的最小动作电流i op. min 大于最大负荷时的不平衡电流i unb. o , 其大小可以在机组满负荷运行的情况下在现场实际测量, 通常取差动保护的最小动作电

10、流i op. min =(1. 52. 0 i unb. o 即能满足发电机在最大负荷工况下运行时纵差保护不误动作, 防止外部短路误动作依靠比率制动特性的QS 斜线部分, 与最小动作电流i op. min 无关。拐点电流的大小由制造厂家的产品决定, 一般应不大于发电机的额定电流。最大外部短路电流下的最大动作电流按照i op. max =(1. 31. 5 K ST f i i k. ou. max /n ba 定, 上述原则整定的比率制动式差动保护, 对机端两相金属性短路的灵敏度总是满足大于2的技术要求2。3结论发电机采用比率制动式纵差保护, 灵敏度显著提高, 但若出现高阻抗的短路故障, 则这

11、种保护又显不足, 可以选用“标积制动”式纵差保护方式, 但其结构复杂3。随着电力系统容量的不断提高, 微机技术的不断应用, 我国新型的发电机组一般采用微型计算机继电保护系统, 其可靠性及灵敏度更高。我电厂现在进行的2#机组改建工程即采用微机控制继电保护系统。参考文献:1继电器行业学会. 电力系统继电保护基础M.北京:机械工业出版社,199512能源部西北电力设计院. 电力工程电气设计手册M.北京:水利电力出版社,199213王为俭, 侯炳运. 大型机组继电保护理论基础M.北京:水利电力出版社,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