電氣主設(shè)備繼電保護整定計算研究

摘要：發(fā)電廠繼電保護工作中重要的一項內(nèi)容就是主設(shè)備保護整定計算，無論是傳統(tǒng)的整流型、電磁型等等，還是像數(shù)字保護這種現(xiàn)今流行的方式，為了能讓保護裝置正常作用的必要條件都是給出正確的定值。不合理的定值會對主設(shè)備自身的安全造成影響，甚至危及到整個電力系統(tǒng)，即使原理算法先進、硬件平臺完善也是不可以的。隨著新算法、新原理的投入使用，現(xiàn)有的算法已經(jīng)不能滿足工作需要，需要進行修改和完善；同時，對主設(shè)備的保護工作不到位，這就使研究整定計算有了理論和現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：主設(shè)備保護 整定計算 數(shù)字式保護

1 緒論

1.1 電氣主設(shè)備繼電保護配置概況

伴隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展進步，人民生活水平的提高，電力系統(tǒng)也不斷的向前發(fā)展以此應(yīng)對國民經(jīng)濟的需要，電網(wǎng)系統(tǒng)也在不斷地發(fā)展日益變得復(fù)雜，大容量的機組開始不斷地在系統(tǒng)中被應(yīng)用起來，那么電網(wǎng)與設(shè)備是否可以安全穩(wěn)定地運行就成了需要保證的問題。繼電保護和自動安全裝置就是在當(dāng)初應(yīng)運而生產(chǎn)生的保證電力系統(tǒng)安全運行的裝備，繼電保護中重要的一個部分就是整定計算，保護裝備能否發(fā)揮作用取決于定值的正確與否，對保護對象來說，就決定了是否可以在發(fā)生故障時第一時間從電網(wǎng)中撤離，避免更大事故的發(fā)生。傳統(tǒng)的整定計算多是手工計算的方式，不僅時間慢而且準(zhǔn)確度也有一定影響，我們現(xiàn)在需要研究的課題就是利用計算機技術(shù)來進行整定計算的開發(fā)和研究。

1.2 整定計算目前存在的問題

首先，存在著多種保護形式并存的現(xiàn)象，新建的電廠多采取數(shù)字式保護，而老電廠還沿襲以前的“老路”，多采用電磁型、晶體管保護等，但是這種方式也在逐漸被數(shù)字式保護取代更替。此外，整定計算多采取手工計算的陳舊方式，相對滯后。

2 發(fā)電機保護的整定計算分析

2.1 發(fā)電機主要故障形式和保護配置方案

發(fā)電機是否可以安全運行決定了整個電力系統(tǒng)的正常工作和電力質(zhì)量，因為發(fā)電機本身造價很高，屬于昂貴的電器元件之一，為了保證其正常運行、避免出現(xiàn)故障就要為它裝備繼電保護裝置。

通常發(fā)電機會有定子繞組相間短路、定子繞組單相接地等故障出現(xiàn)；也會出現(xiàn)諸多的不正常運行狀態(tài)，比如說：外部發(fā)生短路導(dǎo)致的定子繞組過電流、負(fù)荷超過額定容量而導(dǎo)致的三相對稱過負(fù)荷和汽輪機主汽門出現(xiàn)異常突然關(guān)閉引發(fā)的發(fā)電機逆功率等。

針對以上的不良現(xiàn)象，發(fā)電機一定要安裝繼電保護裝置：舉例來說，一般1MW以上的發(fā)電機要安裝縱聯(lián)差動保護，這樣就可以有效避免定子繞組相間短路；裝置橫聯(lián)差動保護，就會遏制定子繞組匝間短路現(xiàn)象的發(fā)生；安裝負(fù)序電流保護于50MW及以上的發(fā)電機時，因外部不對稱短路而導(dǎo)致的負(fù)序過電流就不會產(chǎn)生；裝設(shè)轉(zhuǎn)子過負(fù)荷保護的話，轉(zhuǎn)子回路就可以不再產(chǎn)生負(fù)荷……這些都是安裝繼電保護裝置可以起到的作用。

2.2 發(fā)電機縱差保護整定算法

縱差保護和橫差保護是發(fā)電機差動保護的兩個種類，其中縱差保護又可以細(xì)分為完全縱差保護和不完全縱差保護兩類。

在現(xiàn)實應(yīng)用中，縱差保護和橫差保護有很多種實現(xiàn)方法，比率制動和標(biāo)識制動的兩種差動保護就是縱差保護中應(yīng)用范圍最廣的兩種，同時在對原有差動保護的基礎(chǔ)之上做了一些改進出現(xiàn)的新的算法，比如自適應(yīng)的差動保護等等。單元相橫差保護和裂相橫差保護是在橫差保護中較多運用的，其中的單元件橫差保護還有傳統(tǒng)和高靈敏的兩種區(qū)別。

2.3 發(fā)電機橫差保護整定算法

雙分支和多分支是發(fā)電機定子繞組的兩種形式，一般來說大型水輪發(fā)電機當(dāng)中多使用多分支定子繞組，但是在實際生產(chǎn)中卻常常會出現(xiàn)因為匝間絕緣被破壞而導(dǎo)致的匝間短路故障，這種情況完全縱差反應(yīng)就是不可反映出來的。當(dāng)出現(xiàn)匝間短路的情況時，如果匝數(shù)較少，雖然相電流的變化不是很大，但是存在于故障匝中的電流卻是相當(dāng)之大的，這時如果切除發(fā)電機的速度不夠過快，定子鐵芯和繞組就會受到巨大的損害。

發(fā)電機內(nèi)部的匝間短路、定子繞組開焊的主保護就是橫差保護，其中的單元件橫差保護和高靈敏橫差保護是之中應(yīng)用最廣的兩種。如果把單元件橫差保護作用在兩中性點之間的TAO構(gòu)成的橫差保護時，一旦發(fā)電機的電動勢產(chǎn)生畸變，以三次諧波為主體的高次諧波分量就會在TAO中出現(xiàn)，這就要求單元件橫差保護一定要具備很高的三次諧波慮過比能力。

橫差保護在進行延時設(shè)定的時候，一定要考慮到的一種情況就是一旦轉(zhuǎn)子回路短時兩點接地造成的誤差誤動。一般的情況下，當(dāng)發(fā)電機的轉(zhuǎn)子回路出現(xiàn)兩相接地的情況時，轉(zhuǎn)子回路的此平衡就會受到嚴(yán)重的破壞，這是不同的電勢將會同時被定子繞組的并聯(lián)分支所感應(yīng)，就會產(chǎn)生較大的電流通過并聯(lián)分支中性點的連線上，這樣一來就會使橫差保護出現(xiàn)誤動，延遲的時間通常整定為0.5～1S。

裂相橫差保護和比率制動縱差保護在原理上來說是相同的，但是由于裂相橫差保護和定子繞組各分支的關(guān)系有關(guān)，所以比較復(fù)雜，但是它的起動電流定值要比總比縱差保護大上很多。

2.4 匝間短路保護整定算法分析

匝間保護在現(xiàn)實生產(chǎn)中也是應(yīng)用比較廣的，是發(fā)電機主保護的一種。保護原理是反應(yīng)故障分量負(fù)序方向和反應(yīng)縱向零序電壓的基波分量。

當(dāng)相間短路、匝間短路等不對稱的故障現(xiàn)象出現(xiàn)在發(fā)電機的三相定子繞組時，負(fù)序源就會在故障點產(chǎn)生。但是由于系統(tǒng)側(cè)對稱的原因，發(fā)電機時肯定要發(fā)出負(fù)序功率，所以我們?nèi)绻胍R別匝間短路，就可以通過故障分量的負(fù)序方向來達到目的，其中主定量由于保護裝置的不同略有分別，有負(fù)序電流增量、負(fù)序電壓增量等，對應(yīng)的整體計算要根據(jù)不同的技術(shù)說明書來學(xué)習(xí)。

2.5 發(fā)電機定子短路故障后備保護的整定算法

過流保護是差動保護的后備保護方式，也是發(fā)電機常用的保護方式的一種。過流保護和過負(fù)荷保護都把電流作為主要的判斷依據(jù)，分界線不是很明顯，實際上過流和過荷保護都是對發(fā)電機自身元件和相鄰元件起保護作用的。

通常過流保護有低壓過流保護、復(fù)合電壓過流保護等方式，這是由電氣量和邏輯關(guān)系的不同決定的，如果按事先來劃分的話，則有定時限和反時限兩種類別。無論是以上的那種情況，都要參照以下的方面來考慮：與相鄰元件的過流保護之間是否有配合的關(guān)系；發(fā)電機額定電流的整定是否躲過。

2.6 失磁帶來的危害

如果大型發(fā)電機發(fā)生失磁的情況，將對系統(tǒng)造成巨大的傷害。通常情況下，在系統(tǒng)中由于大型發(fā)電機的容量關(guān)系在系統(tǒng)中所占份額是最大的，一旦失磁，就會大大增加對系統(tǒng)的無功需求，直接影響到其他機組，使其他機組的無功輸出壓力增大，會導(dǎo)致系統(tǒng)電壓下降變大，就會給系統(tǒng)的安全造成巨大的威脅。此外，失磁之后的發(fā)電機送出的有功功率全部都是以異步功率的形式發(fā)出，就會使整個機組都受到異步功率的影響，因為它的周期性搖擺而產(chǎn)生周期性的振動。

一旦發(fā)電機失磁，就會造成以下的后果：電壓發(fā)生崩潰，主要是系統(tǒng)無功不足導(dǎo)致；可以誘發(fā)系統(tǒng)的震蕩，出現(xiàn)故障和不良現(xiàn)象；會使發(fā)電機本身發(fā)生轉(zhuǎn)子過熱等現(xiàn)象，燒壞發(fā)電機；持續(xù)增加的無功輸出會使線路外流的同時故障波的范圍也隨之?dāng)U大。

3 總結(jié)

主設(shè)備的整定計算是不斷發(fā)展的，需要我們不斷地對其進行研究并不斷完善。出現(xiàn)新的原理和算法的時候，要及時對其進行研究和討論，這樣才利于新生方法的推廣，主設(shè)備保護系統(tǒng)的完成也是一個長期的過程，需要我們不斷去摸索鉆研，給繼電保護的工作人員提供具有現(xiàn)實性的指導(dǎo)意見。

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