電廠發變組繼電保護分析及失磁保護

封景山

摘要：近年來隨著社會用電需求的不斷增大，電力工程建設數量也逐漸增多。電力系統的安全穩定運行對我國經濟發展具有直接影響，而繼電保護是電力系統安全穩定運行的有效保障。一旦電廠的繼電保護裝置出現問題可能會損壞設備，威脅電廠的安全穩定運行。在我國經濟發展的過程中，合理配置和計算電廠內發變組的繼電保護也就成為需要重視的內容。本文就電廠發變組繼電保護分析及失磁保護展開探討。

關鍵詞：發變組;繼電保護;失磁保護

引言

發電機勵磁系統具有完善的勵磁電流、發電機電壓和發電機過勵等保護限制措施。而發變組保護主要包括勵磁繞組過負荷以及發電機過電壓等。為確保機組正常運行，需要對勵磁調節器以及發變組的參數進行優化，最終實現完美的配合。

1發變組保護

（1）發電機差動保護。差動保護是發電機的主保護，通過比較機端電流互感器與發電機中性點電流互感器二次同名相電流的大小及相位來實現。發電機中性點一般不直接接地，當發生區內故障時，有差動保護動作。（2）發電機逆功率保護。當發電機不是向電網輸送而是從系統中吸收有功功率時，此時發電機運行方式轉換成電動機，這種情況下不會對發電機造成損壞，但是汽輪機鼓出風的摩擦可能導致機尾葉片過熱，對汽輪機造成破壞，因此逆功率保護是用于保護汽輪機。（3）發電機定子過電壓保護。定子繞組過電壓反應發電機機端電壓的大小，以保護發電機定子的絕緣。根據發電機的絕緣情況，其動作值一般取1.5倍額定電壓。（4）定子接地保護。定子發生接地故障后，故障點、對地電容、定子繞組與中性點構成的回路流過接地電流。當接地電流過大時，故障點形成電弧，產生的高溫會破壞絕緣與鐵芯。繞組點接地若沒有及時發現，發展成兩點接地故障時，就會產生匝間或相間短路故障，會導致發電機發生更嚴重的后果。因此發電機需要裝設性能可靠、靈敏度高的接地保護。（5）發電機過負荷保護。發電機過負荷保護反應發電機定子熱積累的過程。發電機過負荷保護還包括定時限保護，一般設定為超過5秒動作于信號。發電機過熱性能較差，承受非對稱運行能力低，需要采取適應發電機的反時限過負荷保護。當電流較小時，保護跳閘時限較長;當電流數值較大時，保護能夠在更短的時間跳閘。（6）發電機失磁保護。發電機勵磁系統非常復雜，失磁概率相對較高，一旦發生發電機失磁，會對系統造成危害。發電機失磁后，發電機定子和轉子發生過熱現象。因此，對于大型發電機都要配置專門的失磁保護。（7）發變組過激磁保護。變壓器過激磁運行時，變壓器鐵芯會趨于飽和，勵磁電流急劇增加，同時波形產生畸變，變壓器內部損耗增大、溫度升高，嚴重時可能發生鐵芯變形和絕緣介質損傷。為確保變壓器的運行安全，配置變壓器過激磁保護。

2發電機的失磁危害

發電機的全部勵磁電流或者是部分勵磁電流消失的現象被稱為失磁，引起發電機失磁的原因主要有：勵磁機故障、轉子繞組故障以及誤操作、勵磁系統中部分元件損壞等等。發電機失磁屬于發生頻率較高且影響嚴重的故障問題，發電機失磁故障對電網的運行及發電機的正常運轉都有重要影響。一方面發電機機組需要在電網中吸收更多的感性無功功率，這也就容易使得系統電壓下降的情況更加突出，另外電力系統會造成電壓下降較多而出現瓦解的現象，另一方面，失磁的發電機容易對系統中相鄰機組的運行情況造成比較大的影響，從而使得相鄰機組和系統間及系統各部分間的同步性不足。失磁情況下發電機組異步運行能力受到一定程度上的限制。發電機轉子如果發生縱軸和橫軸方面不對稱的情況，也容易造成機組振蕩的情況，對機組安全運行造成威脅。此外，發電機失磁還會對發電機本身造成一定的影響，失磁的發電機在異步運行后，發電機的等效電抗降低，不斷地在系統吸收無功功率，產生的過電流導致發電機出現定子過熱現象。重負荷失磁后，導致電機的轉矩以及有功功率發生劇烈擺動，這時就會有超過額定值的電磁轉矩通過發電機軸、定子傳到機座上，導致發電機周期性的超速運行，損壞發電機壽命。因此對發電機，尤其是大容量發電機需要加強失磁保護，避免發電機發生失磁故障的情況，

2.2發電機的失磁保護

2.2.1失磁保護配置方案

發電機失磁保護配置方案選用轉子低電壓判據Ufd、低阻抗判據Z<、系統低電壓判據，三種失磁保護主判據，并采用PT斷線閉鎖作為輔助判據，構建更加完善的低勵失磁保護方案。除了上述失磁保護配置方案之外，現階段廣泛應用于大型火電發電機組的失磁保護配置方案還有靜穩邊界圓發信、異步圓跳閘、低勵失磁保護等。低勵失磁保護方案主要考慮到轉子低電壓判據靈敏度太高，容易產生誤動。靜穩圓與異步圓的方案原理基本一致，反映的都是機端感受阻抗，只不過靜穩邊界圓相對異步圓的靈敏度更高，其動作速度也更快。假如采用靜穩邊界圓發信再到減出力或采取措施就很難讓勵磁恢復正常，停機事故難以避免。此外，靜穩圓、異步圓均采用定子側判據，可靠性不足。而轉子側判據是最直接的，任何低勵失磁故障均先來自轉子側再影響定子側最后波及系統側。

2.2.2發電機失磁保護與勵磁系統限制器的配合

勵磁系統限制器和發電機失磁保護聯系緊密，這兩組保護需相互配合才能發揮保護作用。一旦發電機失磁保護與勵磁系統限制器之間的配合不合理，將可能造成失磁保護誤動。當機組負荷較輕時，失磁保護誤動的概率大大增加。失磁保護是指發電機出現失磁現象以后，系統的測量機端阻抗進入異步圓的情況，其中減出力和廠用電間的切換是最主要的動作發生形式。當低勵限制作用發揮時，勵磁電流就會比之前降低，當這個電流值達到限制值增加和降低時勵磁電流處的勵磁電流值，運行機組的極限值就會比靜穩時的極限值更小。而通過確保發電機失磁保護和勵磁系統限制器配合，就可以避免這種情況的發生。發電機失磁保護和勵磁系統限制器配合需要遵循一定的原則，發電機從失磁轉變成失穩時，測量機端的阻抗和功率都會變到限制低勵區的范圍之內，從而得到失磁保護圓。對發電機進行反復的試驗，可以獲得更多的信息，根據低勵磁的限定信息進行制定圖表。將低勵曲線的限制定值向下平移，大約10%的額定發電機處于無功的狀態。將靜態系統的儲備數值主要控制在10%～20%之間，參照誤差在5%～10%之間，設置可靠的系數標準數值，在這種情況下就可以得到相應的失磁曲線發電機邊界靜穩圓曲線。低勵發電機的限制定值跟失磁保護的靜穩圓特點，其二者在P-Q內相互融合匹配，當發電機出現低勵或者失磁這一極端情況時，最開始會出現低勵的限定行為。其二者的行為特點匹配良好，裕度良好。

結語

繼電保護在火電廠的實際運營中具有重要的作用，加強繼電保護是當前電廠工作人員的責任。在我國電力裝置容量逐漸增大的情況下，發表組的繼電保護也受到較大影響，發展過程中面臨著一定的挑戰，這也就需要有效加強發變組繼電保護的工作的開展，使發變組的硬件裝置水平得到顯著提升。并結合理論與實際經驗闡述發變組繼電保護的相關內容，且關注失磁保護的相關內容，概括得出發變組繼電保護的相關注意事項和配置的保護形式，同時分析發電機失磁保護的判定依據，從而得出保障機組及電網安全和穩定運行的相關模式。

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