G60發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置中匝間保護(hù)研究

馮京波 段向東

【摘 要】在科學(xué)技術(shù)水平快速提升的背景下，G60發(fā)電機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用，在大型機(jī)組中，它扮演著重要的角色。G60發(fā)電機(jī)的保護(hù)裝置眾多，其中匝間保護(hù)的作用是顯著的，它為發(fā)電機(jī)的安全、有序與高效運(yùn)行提供了可靠的保障，促進(jìn)了發(fā)電機(jī)保護(hù)能力的提高。本文研究了匝間保護(hù)裝置的概況，同時(shí)根據(jù)G60發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置的概況及其匝間保護(hù)裝置的特點(diǎn)，重點(diǎn)闡述了匝間保護(hù)裝置在G60發(fā)電機(jī)中的保護(hù)分析與現(xiàn)場(chǎng)分析。

【關(guān)鍵詞】G60發(fā)電機(jī) 保護(hù)裝置 匝間保護(hù)

目前，在發(fā)電廠中廣泛應(yīng)用著G60發(fā)電機(jī)，為了不斷提高發(fā)電機(jī)運(yùn)行的安全性與可靠性，匝間保護(hù)裝置得以運(yùn)用，該裝置有效解決了發(fā)電機(jī)匝間短路故障，并且提高了大型機(jī)組匝間保護(hù)的靈敏性，進(jìn)而保障了發(fā)電廠綜合效益的最大化。在此背景下，本文主要介紹了匝間保護(hù)裝置的概況，并重點(diǎn)闡述了G60發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置中的匝間保護(hù)。

1 匝間保護(hù)裝置的概況

當(dāng)前，在現(xiàn)代大型發(fā)電機(jī)中的定子繞組主要為雙層繞組，其中的每相均包含著兩個(gè)或者兩個(gè)以上的并聯(lián)分支，此時(shí)發(fā)電機(jī)極易出現(xiàn)匝間短路故障，此故障是指同相不同分支的導(dǎo)體出現(xiàn)了短路，其中的導(dǎo)體位于同槽的上下層，該故障還可以指繞組端部出現(xiàn)的匝間短路、不同相分支匝間短路與兩點(diǎn)接地匝間短路等。通過(guò)研究可知，匝間短路中的電流與機(jī)端三相短路電流相比，前者相對(duì)偏高，在此基礎(chǔ)上，對(duì)于繞組與鐵芯會(huì)造成嚴(yán)重的損傷。因此，在大型發(fā)電機(jī)組中均十分注重匝間保護(hù)裝置的裝設(shè)，以此促進(jìn)匝間保護(hù)靈敏性的提高，進(jìn)而發(fā)電機(jī)組的安全性與穩(wěn)定性也將得到可靠的保障[1]。

G60發(fā)電機(jī)的匝間保護(hù)反應(yīng)著發(fā)電機(jī)縱向零序電壓的基波分量，其中的零序電壓來(lái)自于發(fā)電機(jī)機(jī)端專用TV0的開口三角形繞組。TV0一次側(cè)中性點(diǎn)和發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)可以直接連接，但不能直接接地；TVO二次側(cè)零序電壓在接入過(guò)程中，需要借助兩根連接線實(shí)現(xiàn)，其中的連接線不能采用兩端接地線來(lái)代替，進(jìn)而避免受兩個(gè)接地端電位差的影響造成零序電壓元件出現(xiàn)誤動(dòng)作。定子匝間保護(hù)借助TVO接線，對(duì)內(nèi)部匝間故障與外部故障等進(jìn)行了準(zhǔn)確的、靈敏的反應(yīng)。

2 G60發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置中匝間保護(hù)的概況

2.1 G60發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置的概況

G60發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)具有一定的綜合性，其保護(hù)裝置主要是由美國(guó)GE公司生產(chǎn)的，它作為通用型的繼電器在大型發(fā)電機(jī)保護(hù)中有著廣泛的應(yīng)用。G60保護(hù)裝置適應(yīng)了發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的發(fā)展需要，其硬件設(shè)計(jì)運(yùn)用了模塊化，此時(shí)的硬件擁有良好的可擴(kuò)展性，它可以結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需要，對(duì)各種插件進(jìn)行靈活的配置，其中的模塊主要包括人機(jī)接口、電源、模擬量、開關(guān)量與主處理器等，其封裝運(yùn)用了抽屜式，不僅利于插拔，還利于維護(hù)，不同的模塊通訊是借助高數(shù)據(jù)母線實(shí)現(xiàn)的，此時(shí)的數(shù)據(jù)具有良好的性能，在此基礎(chǔ)上，保護(hù)和通訊二者間存在的問題得到了有效的處理[2]。

G60發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)在對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行保護(hù)過(guò)程中，其容量最高為1000MW，同時(shí)它擁有快速、強(qiáng)大的以太網(wǎng)通訊功能。G60中應(yīng)用了程序設(shè)計(jì)技術(shù)，模塊化使其具有了一系列的功能，如：保護(hù)、通訊、控制與測(cè)量等。

2.2 G60發(fā)電機(jī)匝間保護(hù)裝置的特點(diǎn)

G60發(fā)電機(jī)匝間保護(hù)有效解決了匝間短路故障，此故障是指同相不同分支導(dǎo)體短路、繞組端部短路與兩點(diǎn)接地短路等。G60發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置中的匝間保護(hù)，它屬于縱向基波零序電壓型定子匝間保護(hù)，其判別條件為發(fā)電機(jī)負(fù)序功率方向元件，具體的保護(hù)方式分為三種，第一種為橫差保護(hù)，第二種為零序電壓原理匝間保護(hù)，第三種為負(fù)序功率方向匝間保護(hù)。目前，在我國(guó)大型機(jī)組中的G60發(fā)電機(jī)中運(yùn)用了雙Y接線，定子繞組選用了整數(shù)槽，因此，定子匝間故障的出現(xiàn)具有一定的可能性。在機(jī)組中應(yīng)用了G60保護(hù)裝置，如果一個(gè)繞組出現(xiàn)匝間短路，此時(shí)匝間保護(hù)裝置將發(fā)揮自身的作用，進(jìn)而使匝間保護(hù)具有了較高的靈敏度[3]。

2.3 G60發(fā)電機(jī)匝間保護(hù)裝置的分析

匝間短路故障是指發(fā)電機(jī)中的同相不同分支或者同分組繞組間出現(xiàn)的短路，但此時(shí)的縱差動(dòng)保護(hù)僅能夠?qū)Χㄗ永@組相間短路進(jìn)行反應(yīng)，而對(duì)于匝間短路故障的反應(yīng)缺少靈敏性，因此，要裝設(shè)匝間保護(hù)裝置，該裝置要具有一定的專門性，主要為了有效解決匝間短路故障。

2.3.1保護(hù)分析

目前，大型發(fā)電機(jī)組對(duì)匝間保護(hù)的應(yīng)用較為廣泛，通常情況下，全部三相定子繞組為36到60匝，繞組為3到6個(gè)，如果一個(gè)繞組中的少量匝數(shù)出現(xiàn)匝間短路，3UO的數(shù)值會(huì)相對(duì)較大，因此，縱向基波零序電壓型定子匝間保護(hù)擁有較高的靈敏度?？v向基波零序電壓產(chǎn)生的原因可能為外部短路，因此，在大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)中的規(guī)定為：關(guān)于外部短路誤動(dòng)作的防止，主要的措施為負(fù)序方向繼電器的增設(shè)，同時(shí)，它要擁有動(dòng)合觸點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，一旦發(fā)電機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)短路，其觸點(diǎn)則會(huì)呈閉合狀態(tài)；此時(shí)的保護(hù)還要具備電壓互感器斷線閉鎖元件。G60保護(hù)裝置中的TV斷線判別元件與發(fā)電機(jī)負(fù)序功率方向元件，均符合上述規(guī)定的要求[4]。

關(guān)于發(fā)電機(jī)負(fù)序功率方向元件，當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)匝間短路故障或者外部故障時(shí)，負(fù)序電壓和負(fù)序電流二者間會(huì)出現(xiàn)不同的變化，通過(guò)對(duì)其變化情況分析后可知，在發(fā)電機(jī)尾安裝TA時(shí)，如果出現(xiàn)的故障為匝間短路故障，則U2超前I2相角 ，約70°；而在其他情況下，U2與I2相比相對(duì)滯后，約110°。在發(fā)電機(jī)機(jī)端安裝TA時(shí)，如果出現(xiàn)的故障為匝間短路故障與內(nèi)部不對(duì)稱故障，則U2超前I2相角 ，約70°。

關(guān)于G60負(fù)序功率方向元件，根據(jù)其動(dòng)作特性，可以了解不同短路情況下的相量，通過(guò)分析可知，如果保護(hù)單元中的電流來(lái)自于發(fā)電機(jī)機(jī)尾TA，此時(shí)元件的正方向動(dòng)作則會(huì)表明發(fā)電機(jī)的故障類型，此時(shí)為非匝間故障，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的處理，可以對(duì)縱向零序電壓元件進(jìn)行閉鎖；但元件為反方向動(dòng)作則表明故障為匝間故障，對(duì)其處理的措施為縱向零序電壓的開放。如果保護(hù)單元中的電流來(lái)自于發(fā)電機(jī)機(jī)端TA，此時(shí)元件的正方向動(dòng)作表明故障的類型為外部不對(duì)稱故障，而元件的反方向動(dòng)作表明故障的類型為內(nèi)部不對(duì)稱故障與匝間故障。與此同時(shí)，G60還具備可調(diào)整的I2負(fù)序動(dòng)作電流的整定，它也可以稱之為最小負(fù)序動(dòng)作功率的整定，在此基礎(chǔ)上，促進(jìn)了負(fù)序功率方向靈敏度的提高[5]。

匝間保護(hù)的構(gòu)成主要有負(fù)序功率方向元件和縱向零序電壓元件，此時(shí)要關(guān)注負(fù)序功率方向元件的閉鎖與縱向零序電壓元件的開放，二者可以稱之為禁止式與允許式。在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，要對(duì)二者的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行全面的分析，進(jìn)而保證選擇的合理性。

2.3.2現(xiàn)場(chǎng)分析

在理論角度而言，匝間保護(hù)的構(gòu)成為負(fù)序功率方向元件和縱向零序電壓元件，在現(xiàn)場(chǎng)選擇時(shí)可以選擇FWD，也可以選擇REV。但在實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中，可能出現(xiàn)各種問題，具體的內(nèi)容如下：

當(dāng)發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓已經(jīng)建立，但并未并網(wǎng)時(shí)，此時(shí)的匝間短路故障，會(huì)使發(fā)電機(jī)的電壓出現(xiàn)不平衡的問題，同時(shí)電流回路并未構(gòu)成，因此，TA中缺少負(fù)序電流。在P2=0時(shí)，功率方向元件中的任何單元均不會(huì)動(dòng)作，進(jìn)而將拒動(dòng)閉鎖式的匝間保護(hù)。同時(shí)，當(dāng)發(fā)電機(jī)外部故障中的電流相對(duì)較小時(shí)，發(fā)電機(jī)的保護(hù)將不能出現(xiàn)動(dòng)作，在此基礎(chǔ)上，故障的范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大。面對(duì)上述的情況，在未并網(wǎng)前，發(fā)電機(jī)需要借助匝間保護(hù)[6]。

G60發(fā)電機(jī)匝間保護(hù)擁有豐富的功能，面對(duì)用戶開放了靈活的邏輯功能，在此基礎(chǔ)上，用戶可以根據(jù)自身的實(shí)際需求，對(duì)保護(hù)裝置進(jìn)行修改。匝間保護(hù)擁有的最為顯著的優(yōu)點(diǎn)便是可以對(duì)邏輯進(jìn)行修改，在此基礎(chǔ)上，匝間保護(hù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)并網(wǎng)前后的全面保護(hù)，通過(guò)邏輯中電流的引入或者開關(guān)量便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)是否并網(wǎng)的判斷，并且也能夠?qū)υ验g保護(hù)邏輯的投入方式進(jìn)行有效的選擇。發(fā)電機(jī)在并網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中，極易出現(xiàn)外部不對(duì)稱故障或者不均衡的負(fù)荷問題，因此，啟動(dòng)元件可以運(yùn)用負(fù)序功率方向元件。

2.3.3改進(jìn)建議

目前，水電廠中的機(jī)組保護(hù)存在諸多的不足，如：原理簡(jiǎn)單、故障誤動(dòng)等。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組保護(hù)問題的有效處理，要進(jìn)一步提高匝間保護(hù)的可靠性，具體的措施如下：

其一，匝間保護(hù)的電流源可以取自發(fā)電機(jī)尾部TA，此時(shí)發(fā)電機(jī)內(nèi)部不對(duì)稱短路故障的保護(hù)則不會(huì)出現(xiàn)誤動(dòng)；其二，匝間保護(hù)的邏輯要進(jìn)一步改進(jìn)，通過(guò)保護(hù)邏輯的重新編寫與反復(fù)試驗(yàn)后，可以保證不同情況下動(dòng)作的正確性；其三，負(fù)序功率方向元件電壓源不能取自匝間保護(hù)的專用TV，而縱向零序電壓元件的電壓源可以取自于專用TV[7]。

3結(jié)語(yǔ)

綜上所述，本文主要研究了G60發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置中匝間保護(hù)，其中介紹了匝間保護(hù)裝置的概況，并重點(diǎn)闡述了G60發(fā)電機(jī)匝間保護(hù)裝置的概況、特點(diǎn)及其相關(guān)內(nèi)容的分析，相信，G60發(fā)電機(jī)的保護(hù)將更加高效。

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