水泥余熱發(fā)電項(xiàng)目中小型發(fā)電機(jī)的保護(hù)整定

康繼鋒

1中信重工工程技術(shù)中心有限責(zé)任公司（471039）

2礦山重型裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中信重工機(jī)械股份有限公司）（471000）

水泥余熱發(fā)電項(xiàng)目中小型發(fā)電機(jī)的保護(hù)整定

康繼鋒1，2

1中信重工工程技術(shù)中心有限責(zé)任公司（471039）

2礦山重型裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（中信重工機(jī)械股份有限公司）（471000）

同步發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備，它的安全運(yùn)行對(duì)保證電力系統(tǒng)的正常工作和電能質(zhì)量起著決定性的作用。因此，應(yīng)該針對(duì)各種不同的故障和異常運(yùn)行狀態(tài)，安裝性能完善的繼電保護(hù)裝置。而發(fā)電機(jī)作為工程電氣設(shè)計(jì)最常用的電器之一有著自己的特點(diǎn)，這里以一條5 000 t水泥線的余熱發(fā)電項(xiàng)目中發(fā)電機(jī)的保護(hù)為例，探討發(fā)電機(jī)各種電氣參數(shù)整定值的選取。

差動(dòng)保護(hù)；后備保護(hù)；過負(fù)荷保護(hù)；選擇性

同步發(fā)電機(jī)是生產(chǎn)電能的重要設(shè)備，是整個(gè)水泥線余熱發(fā)電的核心。如果余熱發(fā)電中的發(fā)電機(jī)發(fā)生電力故障，可能會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)局部事故乃至整個(gè)工廠電力系統(tǒng)嚴(yán)重故障。同步發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行對(duì)保證工廠電網(wǎng)的安全工作和供電質(zhì)量起著不言而喻的作用。同時(shí)，發(fā)電機(jī)本身極其貴重,內(nèi)部結(jié)構(gòu)也極其的復(fù)雜，假若發(fā)生事故，發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子電樞繞組燒毀的概率就比較高，而且易引起斷電事故[1]。

1 余熱發(fā)電的發(fā)電機(jī)保護(hù)簡(jiǎn)述

余熱發(fā)電項(xiàng)目中的發(fā)電機(jī)保護(hù)主要有發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)、后備保護(hù)（復(fù)合電壓過電流保護(hù)）、定子接地保護(hù)、轉(zhuǎn)子接地保護(hù)、定子過負(fù)荷保護(hù)、負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)、失磁保護(hù)、電壓保護(hù)、逆功率保護(hù)等，本文主要針對(duì)發(fā)電機(jī)的差動(dòng)保護(hù)和后備保護(hù)進(jìn)行論

述[2]。

2 發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)基本原理

2.1 作用原理

圖1為發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)的單相原理圖，兩組TA特性、變比一致，正常及區(qū)外故障時(shí)，

因?yàn)镮1=I2，所以TA特性可選得盡量一致。又因?yàn)椴黄胶怆娏鞅茸儔浩餍?所以

圖1 發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)的單相原理圖

其中，Ktx=0.5，為互感器同型系數(shù)，Kf2g為非周期分量系數(shù),可取1.5～2.0；Ker為互感器比誤差系數(shù)，取0.1；Id.max為最大外部三相短路電流周期分量。nl為互感器變比。

2.2 整定計(jì)算

滿足兩個(gè)條件：

①躲外部短路時(shí)的Ibp.max

②躲大于發(fā)電機(jī)額定電流（TA二次斷線時(shí)不誤動(dòng)）

3 發(fā)電機(jī)微機(jī)比率制動(dòng)縱差動(dòng)保護(hù)

根據(jù)算法不同，可以構(gòu)成比率制動(dòng)特性差動(dòng)保護(hù)和標(biāo)積制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)。

3.1 保護(hù)構(gòu)成原理

發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)，按比較發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)TA與機(jī)端TA二次同相電流的大小及相位構(gòu)成。圖2為發(fā)電機(jī)完全縱差保護(hù)的交流接入回路示意圖。

圖2 發(fā)電機(jī)完全縱差保護(hù)交流接入回路示意圖

1）動(dòng)作方程

式中：Id——?jiǎng)幼麟娏鳎床盍鳎耆v差時(shí)有——制動(dòng)電流，比率制動(dòng)特性的完全縱差時(shí)；——發(fā)電機(jī)機(jī)端、中性點(diǎn)二次電流；Ig、Iq、Kz、Is——差動(dòng)保護(hù)整定值，見表1。

表1 發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)定值

2）動(dòng)作特性

如圖3所示，發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)動(dòng)作特性由二部分組成：即無制動(dòng)部分和比率制動(dòng)部分。其優(yōu)點(diǎn)是：在區(qū)內(nèi)故障電流小時(shí)，縱差保護(hù)具有較高的動(dòng)作靈敏度；在區(qū)外故障時(shí)，縱差保護(hù)具有較強(qiáng)的躲過暫態(tài)不平衡差流的能力。長(zhǎng)期運(yùn)行實(shí)踐表明：正確的整定保護(hù)的各定值，圖3所示的動(dòng)作特性完全滿足動(dòng)作靈敏度及可靠性的要求。

圖3 發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)動(dòng)作特性

4 整定原則

4.1 比率差動(dòng)系數(shù)KZ（曲線斜率）

KZ應(yīng)按躲過區(qū)外三相短路時(shí)產(chǎn)生的最大暫態(tài)不平衡差流來整定（即圖3中的斜線通過出口區(qū)外故障最大差流對(duì)應(yīng)點(diǎn)）。對(duì)余熱電站發(fā)電機(jī)完全縱差最大KZ=0.5～0.8，可取KZ=0.5。

4.2 啟動(dòng)電流Iq

按躲過正常工況下最大不平衡差流來整定。不平衡差流產(chǎn)生的原因：主要是差動(dòng)保護(hù)兩側(cè)TA的變比誤差，保護(hù)裝置中通道回路的調(diào)整誤差。其中最大不平衡差流為：

所以最大不平衡差流為0.54Ie，實(shí)際中一般取Iq=（0.2～0.4）Ie，所以有：

4.3 拐點(diǎn)電流Ig

Ig的大小，決定保護(hù)開始產(chǎn)生制動(dòng)作用的電流大小，建議按躲過外部故障切除后的暫態(tài)過程中產(chǎn)生的最大不平衡差流整定。

4.4 差動(dòng)速斷倍數(shù)Is

對(duì)于發(fā)電機(jī)的差動(dòng)速斷，其作用相當(dāng)于差動(dòng)高定值，應(yīng)按躲過區(qū)外三相短路時(shí)產(chǎn)生的最大不平衡差流來整定。

為可靠，建議Is=3～4Ie

取Is=3.5Ie=12.74 A

4.5 發(fā)電機(jī)額定電流Ie

Ie（或IN）可按下式計(jì)算

式中：Pe——發(fā)電機(jī)額定功率，9 000 kW；Ue——發(fā)電機(jī)額定電壓，10 500 kV；nT——差動(dòng)TA變比，800/5；cos?——發(fā)電機(jī)的額定功率因數(shù),為0.85。

發(fā)電機(jī)電流一次值為582 A，二次值為3.64 A。

4.6 差動(dòng)保護(hù)靈敏度校驗(yàn)

按有關(guān)技術(shù)規(guī)程，發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)保護(hù)的靈敏度必須滿足機(jī)端兩相金屬短路時(shí)，差動(dòng)保護(hù)的靈敏系數(shù)Ksen≥2。靈敏系數(shù)Ksen定義為機(jī)端兩相金屬短路時(shí),短路電流與差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作電流之比值。所以有：

因而靈敏度滿足要求。Ksen越大，保護(hù)動(dòng)作越靈敏。

綜上所述，差動(dòng)保護(hù)可見表1：

5 小結(jié)

水泥余熱電站中發(fā)電機(jī)的主保護(hù)和后備保護(hù)的選擇和整定十分重要，尤其是主保護(hù)的啟動(dòng)電流和拐點(diǎn)電流的整定均要合理。差動(dòng)速斷電流的整定值如果偏大，當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)生保護(hù)范圍內(nèi)短路時(shí)由于過電流，相應(yīng)的保護(hù)裝置不能動(dòng)作，將嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)的正常工作,甚至造成發(fā)電機(jī)的損壞，因而設(shè)計(jì)也不合理。如果主保護(hù)中的啟動(dòng)電流和拐點(diǎn)電流均偏小時(shí)，保護(hù)裝置可能躲不開線路中的最大不平衡電流而導(dǎo)致誤動(dòng)作。因而當(dāng)對(duì)余熱電站中的發(fā)電機(jī)選擇合適的主保護(hù)和后備保護(hù)時(shí)，對(duì)發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行有著至關(guān)重要的作用，對(duì)水泥線的正常生產(chǎn)也有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

[1]羅鈺玲,呂鐵民.電力系統(tǒng)微機(jī)繼電保護(hù)[M].人民郵電出版社,2005,2(第1版).

[2]賀家李,宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)[M].中國(guó)電力出版社, 2008,4(第3版).