李坎言 阳西海滨电力发展有限公司 529800
摘要：作为电力系统的保护和控制部分, 继电保护与电力系统一次设备密切相关, 不仅需要采用国内外先进技术, 同时需要根据一次设备的特点进行相应的改进和创新。本文针对现场具体情况，对保护进行优化，配置了较为完善的保护，为采用同系列保护的电厂提供借鉴。
关键词：G60 发电机 保护配置
前言
G60发电机保护系统是一种发电机综合保护系统，它可以满足发电机保护应用的任何要求，主要是采用模块化的硬件设计，硬件具有可扩展性，可根据现场实际应用灵活配置各种插件。其模件主要由人机接口(MODULAR HMI)及电源(POWER)、 模拟量I/O(ANAIO)、开关量I/O (DIGIO)、数字信号处理器(DSP)、 主处理器(CPU)等六个基本模块组成。模件采用抽屉式封装，便于插拔与维护，且这些模块之间采用高性能的高速数据母线通讯，避免了保护与通讯发生“瓶颈”问题。G60发电机保护系统所保护的机组最大容量可达1000MW，具有强大快速的以太网通讯功能。此外，G60采用了面向对象的程序设计技术，模块化的实现各种不同功能。其功能强大，可以先进的自动化，能够实现保护、测量、控制、通讯等多种功能，包括广泛的I/O 选择和配置并具有最大程度缩短发电机故障停机时间的特性。G60配有功能强大的通讯软件UR setup，具有完备的故障录波与事件记录功能。可以方便的通过软件完成录波与事件的获取、实时值监视、波形分析、定值设定、逻辑编程、实验调试等工作。
1、G60发电机定子接地保护
目前发电机定子绕组接地保护普遍采用的是基波零序电压个三次谐波电压原理构成发电机定子绕组100%接地保护。定子接地故障是发电机的一种主要类型，如不及时保护和处理，容易引起故障点局部过热，烧毁定子线棒和铁芯，影响发电机的运行。对于发电机定子接地保护，我们要进一步加大科研力度，同时在发电机自动监控领域研究发电机定子绕组对地绝缘的在线监视设备，可随时显示发电机定子绕组对地的绝缘电阻值。100％定子接地保护采用对应于机端和中性点三次谐波电压不平衡的一种自适应电压差动特性。对三次谐波电压式接地保护，G60装置通过采用一个发电机三次谐波电势必须大于一个门槛值才开放保护动作，这样可以使发电机中性点接地变压器一次或二次电压回路断线时，避免保护装置处所测量到的中性点三次谐波为降为 0。
2、G60发电机失磁保护
发电机失磁后不但不发出无功功率还要从系统吸收无功功率。当系统无功功率储备不足时将导致发电厂母线电压、发电机机端电压下降。发电机失磁后, 由于发电机吸收无功量的增大及定子电压的降低, 定子电流就会增大。有功功率越大, 定子电流就会越大。由此可见发电机失磁故障严重影响大型机组的安全运行。失磁保护作为发电机励磁电流异常下降或完全消失的故障主保护 。由于 G60发电机保护配置中失磁保护只有阻抗判据, 根据不同的动作逻辑动作于报警或程序停机。保护动作逻辑见图1。由于电厂 G60 装置未接入500kV系统电压信号, 故采用主变压器保护装置提供系统低电压出口接点作为 500kV 系统低电压判据 。
图1失磁保护逻辑图
3、G60发电机失步保护
发电机失步保护主要针对的是在励磁情况下发生的系统振荡，从而导致的发电机断阻抗变化，进而采取的保护。G60发电机保护采用失步跳闸和系统震荡闭锁合一的保护功能通过跟踪正序阻抗轨迹来检测失步情况。G60 发电机失步保护的圆形特性是由系统阻抗、发电机和主变形成一个综合阻抗，其基本原理是通过机端正序测量阻抗穿越这三组元件穿越时间来判断是否同步，并以此阻抗按不同的阻抗圆限制角在两边形成内环、中环、外环三组圆弧。本保护以正序阻抗轨迹穿越外圆和中圆的时间段的长短，来区分系统短路与振荡，以阻抗轨迹穿越外圆和中圆的时间段的长短来区分稳定振荡与失步振荡。测量抗阻轨迹为自左向右或自右向左穿越整定抗阻区域，当相邻两次时间间隔不超过2min时，每穿越依次滑极次数累加1。积累滑极次数达到整定滑极计数动作值时，则动作出口。
图2 G60失步保护特性图
4、G60发电机匝间保护
匝间短路故障主要是同一项但不同分支的位于同槽上下层间的导体发生断路，还有因两点接地以及绕阻端部匝间短路而引起的匝间短路。G60 发电机保护装置中采用的是纵向基波零序电压型定子匝间保护，并提供了发电机负序功率方向元件来作为匝间保护的一个判别条件。其主要有横差保护、零序电压原理的匝间保护和负序功率方向匝间保护三种方式。G60 保护装置中的发电机 TV断线判别元件和负序功率方向元件则能满足以上的要求。我国大机组大部分采用双 Y接线，定子绕组几乎全部采用整数槽，因此其发生定子匝间故障的可能性是存在的。而在我国大型机组中应用的 G60保护装置中当一个绕组的少量匝数发生匝间短路时，3U0有颇大的数值，纵向基波零序电压型定子匝间保护的灵敏度很高。
5、G60发电机低压记忆过流保护
过流保护作为发电机保护和相邻设备的后备保护, 是电力设备继电保护的最后一道防线,其地位是比较重要的。对于单机端电压源的自并激静态励磁方式 , 发电机故障电流会在故障开始后迅速衰减,以致通常惯用的定时限过电流继电器会在延时未到时由于电流的衰减而返回,造成保护拒动。作为发电机后备保护的低压记忆过流保护逻辑见图3。为了解决低压过流保护在故障电流减小后过电流继电器返回保护不出口的问题, 提出了下文所述的方案。
采用中性点电流为电流判据作为故障主判据, 采用线电压作为低电压判据,用来记忆故障初始时刻过电流元件的动作,中性点正序电流小于10%额定电流判据,用来在保护动作切除故障后将该保护复归。由于这种励磁方式下,定子电流衰减很快 ,而低压过流保护的延时时间常需取数秒以上,所以在采用图4所示的传统的低压过流保护逻辑方式时, 过电流元件I> 将在故障电流衰减至继电器的动作电流整定值乘返回系数时返回,由于此时还未到时间元件T的延时定值 , 故低压过流保护不会正确出口 。
为了克服这种弊病 , 可采用如图5所示的方案。在这个方案中,电流元件I>动作后,只要电压元件U>已判定低压,与门and1 闭锁信号解除,动作后一方面启动时间元件T1,另一方面至或门OR1使其自保持 , 在这种逻辑的方案中，即使电流元件I>由于故障电流的衰减而返回, 但由于或门 OR1的自保持作用,低压过流保护也会保持至保护出口为止 。这样的方案解决了在静态励磁机组中由于故障电流的迅速衰减而导致的低压过流保护不出口问题。
在这个方案中,电流元件动作后,只要电压元件已判定低压,与门闭锁信号解除,动作后一方面启动时间元件,另一方面至或门使其自保持,在这种逻辑的方案中, 即使电流元件由于故障电流的衰减而返回,但由于或门的自保持作用,低压过流保护也会保持至保护出口为止。这样的方案解决了在静态励磁机组中由于故障电流的迅速衰减而导致的低压过流保护不出口问题
6、结语
G60发电机保护虽然是一种先进的保护与控制产品，但在实际使用中却发现存在致命的设计缺陷，这告诫人们任何一款先进的保护装置都可能存在不同的缺陷，当发现装置出现任何看似不重要的异常现象时，都要引起高度重视，那些看似不重要的现象背后可能隐藏着严重的事故隐患。只要根据现场的实际情况，对各种保护进行合理配置。同时，对保护装置进行正确的整定。即可对发电厂电力系统，实现较为完善的保护和控制系统。
论文作者:李坎言
论文发表刊物:《基层建设》2015年7期
论文发表时间:2015/10/9
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