水電廠發電機壓油系統充壓機械保護裝置改造研究

郭海濤

（新疆維吾爾自治區烏魯瓦提水利樞紐管理局，新疆 和田 848000）

電能本身容易與其他能量之間發生轉換，在使用自然能源作為發電動力系統之后，電能更是成為了一種安全無污染的能量，因此各行各業都普遍使用電能作為動力能源[1]。電力的穩定運行已經成為了一種關系國家經濟宏觀調控和穩定發展的戰略性資源，一旦發電機出現故障，很有可能會引發大型經濟危機[2]。因此，本文對水電廠發電機壓油系統充壓機械保護裝置進行改造，使其在保證安全的前提下能夠穩定運行。

1 保護裝置改造方案研究

綜合以上要求，并根據以往發電機電力系統的斷電分析，對發電機保護裝置進行改造，首先需要將以往的電器回路全部拆除，根據實際需要另行增加相應的保護裝置，大致的過程如下文所述。

1.1 系統短路電流的計算

在系統短路電流的實際計算中，一般將200 MVA作為主機額定容量的基準值，將主變電路首端的線路首段的額定電壓與主變電路末端的額定電壓作為參考值，因此當Sj=200 MVA，Uj=10 kV，Ij=6.5 kV時，主變電路Xb=12.48%×100/150=0.083 2，兩個主機1F和2F的XG=0.19×0.85×150/50=0.484 5。

其中Sj為主機額定容量，Uj為主機額定電壓，Ij為主機額定電流。Xb為主變電路的超瞬變電抗，XG為兩個分電路的超瞬變電抗。

當k1、k2發生短路，則兩個主機1F和2F提供的有效值為IG=15.4 kA，其中主機1F的分路電流IA=84 kA，主機2F的分路電流IB=46.75 kA。

1.2 速斷保護裝置的改造設計

對于水電廠發電機壓油系統充壓機械保護裝置改造方案如圖1所示。

圖1 保護裝置改造后效果圖

其中虛線部分是組合起來的保護裝置，FU為限流熔斷器，FR為電阻，其主要材料為氧化鋅。

1.3 三段時間特性設定

基于圖1的保護裝置改造方案設置該電路電流的三段時間特性，其單電源的故障模型如圖2所示。

圖2 單電源故障模型

本文基于水電廠發電機壓油系統充壓機械設計改造的保護裝置對電流進行三段保護，根據詳細的測試數據，得到保護裝置的動作時間分別為：故障電路電流速斷時間t1=0.1 s；故障電流反時速斷時間t2=0.7 s；故障電流限速保護時間t3=4 s，以上三個保護動作根據時間的延長其保護范圍也在相應增長，故障電路電流保護裝置的三段時間特性如圖3所示。

圖3 故障電路電流保護裝置的三段時間特性

因此可以得到，Ea=60.2∠0°，Eb=60.2∠120°，Ec=60.2∠-120 °，其電流為Ia=3.0∠0 °，Ib=3.0∠120°，Ic=60.2∠-120°。

根據k1、k2兩分路電流中的三段時間相對誤差，測定本文所述的改造方法是否能夠正常運行。

2 仿真實驗分析

在對水電廠發電機壓油系統充壓機械保護裝置進行設計改造的過程中，由于此類裝置通電過大，直接進行實例測試容易造成安全事故，因此，本文實驗通過相關分析并進行仿真實驗。通過與傳統水電廠發電機壓油系統充壓機械的保護裝置進行比較，得到本實驗方法對于傳統方法的優勢。

2.1 實驗準備工作

本實驗所用發電機電力系統模型在Simulation環境下搭建，并通過MATLAB工程計算軟件對實驗得到的數值和圖形進行計算與分析。首先在Simulation環境下建立一個故障模型，通過該模型分析故障參數。利用MATLAB軟件進行仿真分析，當系統開始進行故障檢驗時，其故障相為A相，利用MATLAB中設計好的故障發生器產生相應的波形數據，將仿真實驗的時間定為0 s～25 s之間，圖4為仿真實驗的模擬路線。

圖4 仿真實驗的模擬運行路線

仿真實驗結束后，對整個仿真系統進行發電機電力系統的整合分析，啟動保護裝置，讀入初始文件，記錄整個過程中產生的所有數據并對其進行分析。

2.2 實驗結果分析

在k1、k2兩分路電流中分別使用5.00 A和8.00 A作為額定電流，在模擬裝置中進行測試。

本文所用方法與傳統方法在動作時間1段～3段的電流相對誤差如上表所示，根據電流相對誤差不能大于3 %的原則，可以計算得到當電流整定值為5.00 A時，誤差不能大于0.15 A，當電流整定值為8.00 A時，誤差不能大于0.24 A。則從表1可知，本文方法所進行的仿真實驗無論其電流是5.00 A還是8.00A都可以通過測試，傳統方法只能在電流為8.00 A時方能通過測試，額定電流為5.00 A時均不能通過測試。

3 結語

保護裝置的作用是在發電及電力系統出現異常時，能夠基于安全效能將電力系統中的故障準確排除，傳統發電保護裝置只能將電力切斷造成停電，然后等待維修人員自動上門檢查。本文提出的保護裝置改造對發電機保護裝置的控制回路進行完善，減少停電跳閘所造成的停產事故，保障了各工廠的經濟效益，避免了不必要的損失。因此本文所述的保護裝置改造方案具有一定的應用價值。