汽輪發電機繼電保護系統的設計

盛權

【摘 要】機電電氣系統而言，大型發電機所占比較重大，特別是在容量比較下，若是單機容量在系統容量中的比重過大，大型發電機一旦發生移除，對整個電力系統所造的沖擊相對較大。這樣就要對保護配置的可靠性、靈敏性和高速率都有特殊的要求，同時還需要繼電保護在整體的配置上要能夠被安置合理，去繁從簡。

【關鍵詞】電氣系統;發電機;變壓器;繼電保護

1.汽輪發電機繼電保護原理

1.1發電機的故障及不正常運行狀態

相對變壓器而言，發電機更加復雜，變壓器有原邊繞組，副邊繞組，通過鐵芯，磁場來將原邊和副邊連接起來，進行磁耦合，來實現能量的傳遞。發電機，有轉子繞組，定子繞組，轉子鐵芯，定子鐵芯。在發電機中有靜止的部分，也有旋轉的部分，通過定子去切割氣隙中的磁場，在定子上感應電勢，產生電流。將轉子上所接收到的機械能，帶動轉子轉動，通過磁場將機械能轉化為電能，通過定子繞組輸送出去。發電機內部有時間變化量，定子上感應的電流，電壓，呈正弦變化，還有空間變化。發電機的故障狀態以及不正常狀態相對于變壓器來說，就復雜得多。發電機.相對非常貴重，使得它的重要程度升高。

1.2配置原則

為了滿足電力系統穩定方面的要求，對于發電機變壓器組故障要求快速切除。對于發電機雙繞組變壓器，通常有處理方式。根據繼電保護技術規程，為正確反應發變組短路故障和確保快速切除故障，配置了發電機縱、橫差動保護，變壓器縱差保護和發電機-變壓器組縱差保護，對發電機-變壓器組構成了雙重快速保護。因此，雙重化加閉鎖，提高了可靠性，有利于大機組的安全運行。

2.汽輪發電機短路電流計算

2.1發電機參數

2.2電流短路計算

（2）在d2點短路時，因為是發電機出口短路，系統運行方式對短路電流的影響不大，所以可以不考慮系統對他的影響。

3.汽輪發電機繼電保護整定計算

3.1發電機的縱差保護

最小動作電流：由于保護裝置采用比率制動特性，其保護動作電流不必按躲過外部故障時的不平衡電流，其整定值只需躲過最大負荷條件下的差動回路不平衡電流。繼電器的最小動作電流為：

比率制動系數的選擇：

以最大外部短路電流下流過繼電器的動作電流Idz=Kk·Kzq·KtX·fi·IdmaX計算，此時，制動電流：Izd=IdmaX

3.2發電機的橫差保護

繼電器的動作電流：保護動作電流按躲過外部短路故障時最大不平衡電流及裝置對高次諧波濾過比的大小整定。在本設計中根據經驗公式整定計算。

Idzj=0.2Ief/nlnl一般取用于發電機橫差保護的電流互感器的變比，取0.25Ief/5。則：Idzj=0.2×5/0.25=4

繼電器的動作電流檔有1A、2A、4A、8A取Idz=4A

靈敏系數校驗：α=3I0·4Xf0=0.25×4×8.81%=8.81%

其中3I0=Idzj，取0.25。

另外，因為保護死區隨著整定值的增大而增大，所以為了減小保護死區，應經過3次諧波濾過器，盡量減小3次諧波不平衡電流。

3.3發電機定子繞組過負荷保護

定時限部分對稱過負荷保護的動作電流：

Idz=Kk·Ief/Kh=1.05×11.32/0.85=13.98KA

繼電器的動作電流：Idzj=Idz/nl=13980/（12000/5）=5.825A

t=3～15s動作于信號

反時限部分：反時限部分的動作時間由發電機的過負荷能力確定的其整定公式為：t=K/[It*2-（1+α）]

4.系統仿真模型系統的建立

4.1仿真模型的建立

以一個110kV系統為例進行模型搭建。模型的基本元件有：電源、斷路器、三相負載、繼電器、三相負載、繼電器，以及用來仿真故障的三相故障模型，傅立葉元件、測量元件、示波器等。

4.2主要模塊參數設置及功能

（1）三相電源模塊?模擬三相電源。線電壓設置為110kV;A相的相位角設置參數為0;頻率設置參數為50Hz，內部連接方式設置為Yg，星形連接;電源的內部電阻設置參數為3Ω;電源內部電感設置參數為4H。

（2）斷路器模塊?斷路器的起始狀態設置為closed，閉合狀態A、B、C開關不設置觸發，即前面不打勾;開、斷時間的外部控制需要用到，在前面打勾。

（3）三相故障模塊。此模塊是一個可以通過外部或內部信號來控制開和閉合時間的三相斷路器，可以模擬相間和接地短路狀態。通過對參數的設置，可以選擇故障類型、控制信號、開關狀態等。設置起始狀態為閉合，故障時間為0.4～0.8S。

結論

本設計主要包括大型發電機保護、變壓器保護、短路電流計算、整定計算。概括來說，首先根據設備的容量、型號等相關資料分析可能出現的故障問題;其次根據保護的配置原則，確定該設備所需要的保護;然后通過查詢《電氣工程設計手冊》進行整定計算;最后根據計算結果選擇最具可靠性。

參考文獻：

[1]熊為群.繼電保護裝置及二次回路[J].中國電力出版社，2011：95-138.

[2]高有權.發電機變壓器繼電保護設計及整定計算[J].中國電力出版社，2011：24-118.

（作者單位：湖南省工業設備安裝有限公司）