發變組繼電保護分析及失磁保護措施探究

國能織金發電有限公司 貴州 畢節 552106

1 引言

在發電企業中，繼電保護的主要作用就是在系統或設備出現故障時發揮其保護作用，將故障部位或設備隔離來保障其他設備和系統的正常運行。尤其針對發電企業中的發變組來說，也就是發電機-變壓器組，其配置的保護類型較多，同時針對規模不斷擴大的發電企業和電網系統，對發變組繼電保護的要求也不斷提高，需要更加科學的開展整定計算和保護配置工作。針對其中頻率最高的發電機失磁問題，表現出感應電動勢的減小以及發電機與系統之間功角的增加，從而影響發電機的安全穩定運行。為此文章就針對發變組繼電保護和發電機失磁保護進行研究。

2 發變組保護原理

一是針對發電機的主保護也就是差動保護來說，主要是對機端電流互感器和發電機中心點電流互感器二次同名相的電流大小和相位對比來起到保護作用。二是針對逆功率保護來說，是一種保護汽輪機的保護方式，在發電機從系統吸收有功功率時切換為電動機運行方式來保護電動機。三是定子過電壓保護，針對可以反映發電機極端電壓大小的過電壓情況，可以結合發電機絕緣情況將動作值設定為額定電壓的1.5倍來起到保護作用。四是針對接地保護來說，針對接地故障發生時產生的接地電流，在過大時會在故障點形成電弧而燒壞絕緣和鐵芯。還會由于沒有及時發現繞組點接地而導致兩點接地故障，引發匝間和相間短路，則需要通過接地保護來預防上述問題。

3 發變組繼電保護配置及分析

3.1 發電機繼電保護配置 目前針對發變組運行中容易出現的機組定子繞組和引發的相間短路故障，主要采用的發電繼電保護為接地保護，避免發電機接地故障超過規定數值。而由于發變組中的發電機和變壓器的結構較為復雜和特殊，增加了對發電機的繼電保護配置難度。目前比較常采取主保護和后備保護裝置來保障發電機和變壓器的安全運行。同時為了避免出現發電機定子繞組的過電壓問題，還采取了過電壓保護。而針對發電機轉子繞組接地故障則配置了轉子接地保護。針對低勵失磁故障則配置了失磁保護。此外，針對容量較大的發電機，為了避免出現系統震蕩問題而影響機組安全還要配置失步保護，針對發電極低頻或過頻問題還要配置頻率保護，針對發電機低速運行時的短路故障則需要配置啟停機保護。

3.2 變壓器繼電保護配置 針對發變組中的變壓器，需要結合其容量和常見故障來配置繼電保護。比如針對變壓器大電流接地系統側繞組和引出線的短路故障配置差動保護，針對變壓器外部故障配置了過電流保護或阻抗保護，針對變壓器過負荷運行問題配置了過負荷保護。針對變壓器過激磁運行問題配置了過激磁保護。還針對變壓器運行中容易出現的內部繞組溫升異常或者冷卻系統故障則需要配置報警保護或者跳閘保護等。

4 發電機失磁保護及措施

4.1 發電機失磁危害 發電機失磁現象表現為全部勵磁電流消失或者部分勵磁電流消失，屬于發電機運行中比較常見的故障類型，此故障所造成的危害主要體現在以下幾個方面:一是由于發電機組運行中需要從電網中吸收感性無功公路，如果出現發電機失磁現象則會加劇電壓下降情況而造成瓦解問題。二是發電機失磁現象會對相鄰機組的運行情況造成較大影響，導致相鄰機組和系統之間、系統不同部分之間的同步性較差，進而會降低發電機組的異步運行能力。此時如果伴隨有發電機轉子縱軸和橫軸不對稱的問題，還會增加機組振蕩的概率，影響機組的安全運行。此外，此問題還會導致發電機在異步運行時等效電抗的降低，在不斷吸收系統中的無功功率過程中會產生過電流，因此會引發定子過熱問題。如果負荷比較重，更是會加劇發電機轉矩和有功功率的擺動，這就會導致超過額定值的電磁轉矩通過發電機軸和定子向機座上傳遞，進而會引發發電機周期性超速問題，導致發電機使用壽命縮短。

4.2 發電機失磁保護配置 目前比較常用的發電機失磁保護所依據的主判定依據有以下內容:一是依據發電機等勵磁電壓和變勵磁電壓等轉子低電壓判定方式。二是將機端低電壓和主變高壓側低電壓作為判定依據。三是將異步邊界阻抗圓特性和靜穩邊界阻抗元特性等極端定子阻抗作為判定依據。四是將逆無功和定子過電流作為判定依據。此外，還有以下輔助判定依據:比如將發電機的機端與主變高壓側的短路故障、系統震蕩現象等誤動情況作為判定依據。在實際的判定過程中主要將上述主判定依據和輔助判定依據結合，比如將以下輔助判定依據與主判定依據結合，分別是有勵磁電壓降低；無功功率的方向改變以及不出現負序分量等。

此外，還會將失磁保護設置在部分保護中黃紙中，通常要設置3、4段選擇不同判定組合的失磁保護，在不同類型的失磁保護中，都將AER作為重要部分，發揮其低勵限制和保護功能。通過發電機失磁保護有助于促進二者配合并減少停機次數，保障發電機組的穩定與可靠運行。將二者結合的具體方式為:先發揮AER的限制作用，如果其無法恢復正常工況則會延時動作，如果延時之后還無法恢復，此時就會啟動失磁保護。由于發電機定子繞組端的發熱和發電機的靜穩極限限制發電機在正常范圍內的運行能力，這就需要采取試驗方式來確定新建機組的發電進相范圍。如果在發電機勵磁電流下降時就會啟動AER低勵限制并幫助其回復正常，避免勵磁電流繼續下降。同時還可以使得所吸收感性無功功率的減少，減少停機次數，保障發電機以及整個電廠的穩定運行。

5 結語

在發電廠運行中針對其中比較重要的發電機和變壓器，采取繼電保護的方式有助于在出現系統和設備故障時保障其安全運行。但是由于發電機組容量的增加，給發變組繼電保護的要求也隨之提高，這就需要提升發變組繼電保護的硬件水平，合理配置各種保護形勢，有效保障發變機組以及整個電網和發電系統的安全和穩定運行。