基于LabVIEW的發電廠繼電保護系統設計

馬濤

遼寧錦州渤海大學工學院

基于LabVIEW的發電廠繼電保護系統設計

馬濤

遼寧錦州渤海大學工學院

本文提出了一種基于LabVIEW的發電廠繼電保護系統的設計，它的主要功能是對發電機—變壓器組的電流、電壓和電壓與電流之間相位角等信號進行的分析與檢驗，顯示出發動機及電壓器獨立工作時所該顯示的問題，根據設備使用維護條件，動作于發出信號、進行跳閘等動作，智能、快捷、有針對性的把問題部件從該電力環境中移除，把出問題的部分分離開來，使其不干擾到正常部位的繼續工作，從而實現對發變組的安全運作。

發電機 變壓器 繼電保護 LabVIEW 仿真

1 引言

近年來的一系列大停電事故均不同程度地表明，電力系統由簡單故障引起失去功角穩定或電壓穩定從而直接導致大面積的停電事故已越來越少。停電事故往往是從系統中某一元件的故障開始，由于控制措施采取不當或不及時、電網結構的不合理、繼電保護裝置的誤動或拒動等因素的單重或多重作用，引發系列元件故障，這種連鎖性故障的迅速傳播并最終導致了電網的大面積崩潰。

發電廠供電設備價格高昂，內部繁復，如若發生問題，它檢查維修困難，查修用時長，停工虧損嚴重。大規模發電機組合在供電設備里十分重要，尤其是單獨的發電機效率占總效率較大的模式下，如果大機組因故障分離，會對整個供電環境產生很大干擾。所以大規模發電機組應該不要經常性停動，也不能緊急跳閘不工作。供電安全保障設施作為供電組合的二次設施，它負責著供電設施里一次裝置的安全。

2 發電廠發變組繼電保護系統的工作原理

2.1 電力繼電保護的基本原理

繼電安全保障裝置是由探測部分、分析部分和動作部分組成的，這三塊不是截然分開的，繼電安全保障設備在發生跳閘時具備有以下三點任務：針對性、迅捷性和安全性。

2.2 發變組主保護系統配置

相互感應設備TA1和TA2組合為供電機組不完全縱向聯接差動保護；TA5和TA6組合成為發變組不完全縱向聯接差動保護；TA3和TA4組合成為變壓設備完全縱向聯接差動保護；TA0是發電機組零序橫向差動保護，如圖1所示。

圖1 發變組主保護系統配置

設ING為供電設備的一次規定電流；I2n為發電機的二次額定電流；?為發電機每相支路數；N為TA1所包括的支路數。則TA1的變化比按的條件選擇；TA2的變化比率按ING/I2n的規格選定，所以TA1的變化比率跟TA2的不一樣。其他的電流相互感應設備的變比也按同樣的原理來選擇。包括變壓設備在內的差動保障電流相互感應設備變化比率選擇要考慮到變壓設備的變化比率和Yd接線電流相位移。

2.3 發變組繼電安全保護基本原理

在變壓設備正常運行時，變壓設備星形所在側相電流的相位落后于三角形所在側相電流角度約30°。由于存在電路電流相位差使得變壓設備在日常工作時或產生保護區以外的問題，使得差流不是0。所以，一定得要使用對應接線的辦法來減掉二次所在側電路電流因為相位差異引起的有差電流。

本系統內，變壓設備縱向聯接差動保護使用YNd11連接線路辦法，將變壓設備三角形所在側的三個電路電流相互感應設備接成星狀，星形所在側三個電路電流相互感應設備連接為三角狀，這樣就可以調整電路電流相互感應設備TA3和TA4二次所在側電路電流相位相同。同時，考慮到星形側的電流相互感應設備二次側電流由于三角形的接線方式增大了3倍，為保證正常運行及發生外部故障時地差流為零，即將側電路電流相互感應設備變化比率增大倍，即變壓設備兩側電路電流相互感應設備變化比率選擇原則滿足：

2.4 發變組單相連連接地線線保護

就發變組而言，有益于發電設備與供電網絡系統之間無電聯系，因此發電設備定子連接地線安全保障措施可以簡化。對于發變組，其中中性點一般不連連接地線線或經過消弧線圈連連接地線線。發生單相線路連連接地線線時的連連接地線線電容電路電流（或補償后的連接地線電流）通常小于表1的允許值，故連接地線保護可以采用零序電壓保護，作用于信號。對于大電容供電設備也應該使用安全的范圍是100%的定子連接地線保護設備。

表1 發變組單相連接地線電流允許值

2.5 變壓器高壓所在側連接地線短路零序保護設施

變壓設備中性點不連接地線工作，防止系統發生連接地線問題，中性點連接地線的變壓設備T1跳開后，變壓設備T2變為帶有一點連接地線故障的不連接地線組合，使中性點產生過電壓，所以在變壓設備中性點應該配備帶放電間隙的過電壓保護和零序電流保護，如圖2所示，方便當中性點直接連接地線的變壓器跳閘的時候保護中性點未直接連接地線的變壓設備。

圖2 變壓器中性點不連接地線工作時過電壓保護與零序電流保護

2.6 反應相間故障的后備保護

設定發變組后備保護，將發變組當成整體分析，后備保護既作為發變組的后備，又當成高壓母線臨間問題后備。電流元件接在發電設備中性點所在側的電路電流相互感應設備上，電壓元件接在機端所在側電壓相互感應設備上。其原理和整定方法和發電設備、變壓設備獨自后備保護相近。

臨間故障后續保障采用的是復合電路電壓啟動過電路電流保護，它是低電路電壓啟動過電路電流保護的延伸。它能判斷當發生各種不對稱短路時和發生三相短路時的負序電壓，該保護的起動條件：

a)電路電流相互感應設備二次所在側的電路電流：

3 基于LabVIEW的發電廠繼電保護系統的設計

3.1 基于LabVIEW的發電廠繼電保護系統的設計任務

基于LabVIEW的發電廠供電安保設設施重點功能為向發變組的電流、電壓以及電壓與電流之間相位角等信號實施分析與檢驗，顯示出發動機與電壓器獨立工作時發現的問題，根據使用維護條件，動作于發出信號、進行跳閘等動作，獨立、快捷、具有針對性地把問題部件從機組中分離，使得問題部件避免二次損壞，其他未出現問題的組件繼續正常工作，從而實現對供電設施的安全保障。

3.2 基于LabVIEW的發電廠繼電保護系統總體設計

系統的總體設計采用PCI總線方案，通過電壓、電流相互感應設備的電氣數據，并配以PC機操作平臺和虛擬儀器軟件，構成各種控制儀器和系統，從而為發電機—變壓器組提供以PCI計算機為核心和硬件支持的數字化、智能化的繼電保護系統。

該供電安全設備能輸入模擬信號，顯示出保險電路中繼電器相關電氣量，并在發變組出現故障信號時，相應的開關量會發生變化，以此起到發變組繼電保護的功能，該系統的工作流程圖如圖3所示。

圖3 系統的工作流程圖

4 總結

發電機—變壓器繼電安全建設實現了對供電保障裝置所給電壓信號、電路電流問題的各種參照數據的高效率分析，對發生的問題進行排檢。對所得數據進行分析，判斷故障是否發生，并且在發現故障后迅速進行可靠保護動作。本文所闡述的保護供電措施設計采用了虛擬儀器和通訊手法結合，大大提高了安全維護的可靠度和方便性。

基于LabVIEW的發電廠繼電保護系統的設計和同類發電廠繼電保護系統的設計相比較，具有一定的優勢。例如比較對象為基于組態王的發電廠繼電保護系統和基于三層體系結構的發電廠繼電保護系統。

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