600MW發電機組繼電保護裝置的現狀分析

鄭輝

(河北興泰發電有限責任公司,河北邢臺 054000)

600MW發電機組繼電保護裝置的現狀分析

鄭輝

(河北興泰發電有限責任公司,河北邢臺 054000)

我國采用了大量的600MW發電機組,因此研究600MW發電機組繼電保護裝置的現狀對于發電機組的正常運行就具有十分重要的現實意義。本文主要從定子繞組匝間短路保護、繼電保護用電流互感器、中性接地點方式以及主保護定量化設計等方面詳細的探討600MW發電機組繼電保護裝置的現狀。

600MW發電機組 繼電保護 現狀 不足

1 定子繞組匝間短路保護

我國于2006年時頒布通過了《繼電保護和安全技術規程》(即GB 14285-2006)，明確要求通過定子繞組匝間短路保護的設置來實現保護功能。然而對于600MW單機容量的發電機(尤其是引進發電機組)，因為難以進行中性點的側引線，多數學者和技術人員認為可以不必裝設該保護裝置，主要原因如下：

首先，大型汽輪發電機定子繞組基本不存在同槽同向的情況，所以不會產生匝間短路。但通過研究發現，600MW發電機組存在著同向不同分支位于同槽的情況，槽內同向不同分支產生的短路多為匝間短路，而并非所認識到的相間短路。據中科院權威統計數據表明，1998年到2006年間，600MW發電機組共計發生匝間短路以及分支開焊次數為19次，相間短路故障67次。另外，因為部分600MW發電機組沒有設置匝間短路保護，在出現匝間短路情況之后，在發展成為相間短路之后通過縱差保護動作實現跳閘，因而錯誤的將其統計為相間短路故障。進入新世紀以后，因為振動過大、定子引線氣堵造成端部松動，導致600MW發電機組時常出現匝間短路和定子繞組接地的故障，更為嚴重的是，還造成了數臺發電機組因此而燒毀。

其次，由于已具備100%動作區定子繞組單向接地保護，因此無必要設置專門的定子繞組匝間短路保護。通常而言，定子槽內故障首先表現為單向接地故障，但正如前文所提及的，單向接地故障并非引起匝間短路的全部原因，100%動作區定子繞組單向接地保護沒有辦法完全消除匝間短路故障。所以，對于600MW發電機組，僅通過單向接地保護來規避和消除定子繞組匝間短路是難以實現預期效果的。

總的來說，我國應提高對統一對定子繞組匝間短路保護的認識，基于我國600MW發電機組的運行實際情況，從而有效克服我國600MW發電機組存在的嚴重匝間短路保護的隱患。

2 600MW發電機組繼電保護用電流互感器的應用現狀

顯然，電力系統一次電流通過電流互感器的正確傳變是正確的繼電保護動作的必要基礎，主要通過相位的差動保護和各側電流大小的比較，采取動作的時間在20ms左右。電流互感器的暫態誤差對差動保護的技術性能產生明顯的影響。

通過對運行數據的研究后可以發現，發電機兩側即便使用了型號相同的10P或者5P型電流互感器，在開展自啟動或者同期操作的過程中，還是會產生縱差保護誤動現象。而其最為主要的原因還是由于電流互感器只能確保10%的穩態誤差，卻未利用相關技術措施來確保暫態誤差控制在相應的范圍之內。

更需要注意的是，較之電力系統而言，600MW發電機組的一次時間常數要大的多。通常情況下，超高壓電力系統的一次時間常數在100ms到120ms之間，而發電機組的一次時間常數為250ms到500ms之間。一次時間常數的提升直接增大了電流互感器的暫態誤差。應利用電流互感器鐵心截面的增加來起到降低暫態誤差的目的。

總的來說，選擇考慮暫態誤差的TP型電流互感器來作為600MW發變組的繼電保護，如將TP和5P型電流互感器混用到變壓器的高、中、低壓側，將會對差動保護的正確動作率產生明顯的影響。

3 600MW發電機中性接地點方式

通過研究和實際運行發現，定子繞組單向接地將會產生十分嚴重的后果。主要后果如下：

(1)Ig(單向接地故障電流)超過一定范圍的時候，比如說≥1.0A的情況下，將會使定子鐵心出現燒壞的情況下，導致難以檢修和修復，導致企業承受巨大的經濟損失。

(2)將會產生巨大的間歇性弧光過電壓，并導致相間短路和匝間短路故障的出現，導致無法預計的災難性后果。

現階段，我國600MW發電機中性點大多采取的是配電變壓器高阻接地方式，最為主要的優點是非常小的過電壓倍數(不超過2.6倍)，而缺點也相當明顯，使接地故障電流明顯的增加。

總的來說，600MW發電機組單向接地故障最為明顯的危害并非暫態過電壓對絕緣安全的威脅，而是過大的接地故障電流。當前的核心要務在于怎樣降低接地故障電流Ig，在現實調試過程中，不應通過提升Ig配電變壓器的高阻接地，同時整定接地電阻Rn時，也大可不必安裝傳統規矩(即≤三相對地容抗)，而應當積極采取消弧線圈接地方式，使之成為確保600MW發電機組正常運行的基本舉措。

4 主保護定量化設計

進入新世紀以來，我國600MW發電機組主保護獲得了喜人的發展，不但包括以往所采取的單原件零序橫差以及完全縱差保護方式，還針對性的發展了雙元件零序橫差保護、不完全裂相橫差保護、完全裂相橫差保護以及不完全縱差保護等方式，從而極大的提升了600MW發電機組內部短路主保護的靈敏性及可靠性。

對于600MW及以上發電機組，必須摒棄以往片面依靠經驗的定性化設計方式，而應當基于“多回路分析法”來開展優化和定量化設計工作。另外，600MW及以上發電機組基本上無法開展真機試驗，所以，數字仿真就能夠起到十分重要的作用。對保護進行動模試驗具有相應的必要性，不過所有動模設備都僅代表其自身，無法完全仿真真機，這是由于兩者所具備的內部結構有著顯著的差異性，而所采取的內部短路動模仿真技術無法體現實際工業機組內部短路時具體的電磁場。這并非意味著將來發電機組無需進行動模試驗，其真正的意義在于，若繼電保護裝置無法通過動模試驗，該保護裝置就不具備現實生產和運行的條件。

5 結語

(1)對于600MW發電機組來說，應當通過定子繞組匝間短路保護的設置來實現保護功能。(2)應當選擇考慮暫態誤差的TP型電流互感器來作為600MW發變組的繼電保護，一定要避免TP和5P型電流互感器混用到變壓器的高、中、低壓側。(3)應當積極采取消弧線圈接地方式，使之成為確保600MW發電機組正常運行的基本舉措。

[1]王維儉,桂林,王祥珩,孫宇光,盛和樂,李和,張琦雪.大型發電機中性點接地方式的反思與憂慮——致各大發電公司、發電廠和設計院同行[J].電力設備,2007(11).

[2]李德佳,卓樂友.保護用電流互感器的選擇及計算方法的探討[J].電力設備,2007(09).

[3]桂林,王維儉,孫宇光,王祥珩.大型水輪發電機主保護定量化設計過程的合理簡化[J].電力系統自動化,2007(04).

[4]嚴偉,陳俊,沈全榮.大型隱極發電機進相運行的探討[J].電力系統自動化,2007(02).

鄭輝(1971一),男,河北邢臺人,專科,工程師,主要從事發電廠電氣二次設備、繼電保護及自動化裝置的檢修管理工作。