李 哲
（华电新乡发电有限公司，河南，新乡，453656）
【摘 要】介绍发电机变压器组涉网保护的概念和建立保护的前提，分析发电机变压器组保护对应的故障形式及其对机组和电网的安全稳定运行的影响，介绍华电新乡发有限公司西门子保护配置原理及整定原则，给出发电机组涉网保护合适的定值整定原则和出口方式，指出保护逻辑应根据整定原则的改变作相应的调整。
【关键词】涉网保护；发电机变压器组保护；西门子保护；定值整定
一、华电新乡发有限公司发电机组概况
华电新乡华电新乡发有限公司一期工程2×660MW超临界燃煤发电机组于2007年投产发电，两台机组均以发电机-变压器组单元方式接入厂内500kV配电装置，500kV出线二回。汽轮发电机为上海汽轮发电机有限公司产品，发电机型号QFSN-660-2,额定容量为660MW，额定电压20kV。励磁系统均采用ABB公司生产的UN5000型微机励磁调节器。发变组保护采用西门子发电机-变压器组继电保护产品。发电机组涉网保护指的是保护在误动、拒动、动作过早或过晚时，机组退出运行的早晚会影响电网安全运行，或极端情况下加重电网不稳定运行的情况，包括发电机过电压保护、低电压保护、过激磁保护、频率异常保护、失步保护、失磁保护等。
二、涉网保护分析
2.1 过励磁、过电压保护
华电新乡发有限公司发电机组为发变组单元接线，过电压、过励磁保护均配置于机端，取机端线电压，可以同时保护发电机和变压器。发电厂发生过电压、过励磁故障有如下可能：机组转速偏低情况下，加上励磁电流；机组甩负荷后，自动励磁装置未及时将励磁电流调整到位引起过励磁；超高压长线路对侧突然甩空线路，电容电流过大引起自励磁导致过励磁；铁磁谐振引起过励磁故障等。西门子7UM611保护装置中过电压保护的电压值可以选择为线电压或相电压。可分别设定两段过电压保护。定子过电压保护，应根据发电机制造单位提供的允许过电压能力及绕组绝缘状况确定，参考《整定计算导则》进行定值整定。过励磁保护测量电压和频率的比值按标么值进行计算。用于计算的电压值是线电压的最大值，而频率的有效测量范围为10Hz到70Hz。过励磁保护包含两段定时限特性和一个自定义的热模型特性曲线。对应的跳闸特性如图1。
2.2低电压保护
西门子7UM611装置中设置了低电压与电流类保护组合起来作为相后备保护。通常在机端静态励磁系统中，在短路故障时由于励磁电压的降低，短路电流衰减很快，往往使得保护不能完成正常延时，因此需要这种后备电流方式。该保护功能测量各相电流，并分别与过流启动整定值比较启动保护，电流的返回系数可设定。该保持元件是分相的，第一相启动的过电流元件同时启动保持计时器T-SEAL-IN。作为发变组相间短路的后备保护，启动电流按发电机额定负荷下的可靠返回条件整定，故障保持正序电压参考主变高压侧故障时发电机机端电压整定。保护跳闸延时与500kV距离后备段时间、高厂/脱硫变的后备过电流保护的最长时间进行配合。低电压保持时间整定应大于保护跳闸时间。
图2 系统振荡模型
2.3频率异常保护
汽轮机的叶片都有一个自然振荡频率，如果发电机运行频率低于或高于额定值，在接近或等于叶片自振频率时，将导致共振，使材料疲劳。达到材料不允许的程度时，叶片就有可能断裂，造成严重事故。材料的疲劳是一个不可逆的积累过程，所以汽轮机给出了在规定频率下允许的累计运行时间。低频运行多发生在重负荷下，对汽轮机的威胁将更为严重，另外对极低频工况，还将威胁到厂用电的安全，因此发电机应装设频率异常运行保护。华电新乡发有限公司频率保护共有4个独立段，为f1到f4，每一段都可以根据定值独立整定为过频或低频，以满足不同的需要。为了确保保护动作的可靠性，频率保护应保证系统运行在适当的正序电压条件下，如果系统电压低于设定值Umin，频率保护将被关闭。根据大机组频率异常运行允许时间建议值，整定定值及动作时间，正序线电压限制值为65V。
2.4失步保护
发电机与系统振荡且失步状态下，尤其是振荡中心进入发变组内部，其巨大的振荡电流将严重损伤汽轮机组的大轴。而振荡中心在发变组之外的系统时，机组一般可以承受数十个振荡周期。失步保护所采用的原理是基于阻抗测量以及阻抗的矢量轨迹的评估方法，该方法被证明是有效的。装置通过采样所得的电流电压的基波分量来计算阻抗。并且根据阻抗的矢量和系统振荡中心的位置来判断是否将发电机与系统断开。失步保护使用的是一个简单模型，见图2。图中UG为发电机电压，UN为系统电压，发电机阻抗，变压器阻抗和系统阻抗共同构成了一个总阻抗Ztot。失步保护的特性是四边都可调整的多边形，倾斜角为 P，这样可以保证特性的边界条件和实际电力系统最大程度的相符。对于发生于机组内部的失步故障，多是失磁故障后未及时切除故障所致。因此失步故障发生后应立即解列机组；对于外部故障切除后的机组失步故障应该是励磁调节器设置有问题，也应解列机组并对相关设置进行调整。
三、保护出口方式
涉网继电保护合适的出口方式对故障隔离和故障后恢复非常重要。分析及统计数据说明，绝大多数的发电机过电压、过激磁、失磁、失步故障均为机组本身的原因引起，这种情况下“全停”出口方式有利于快速停机进行检查处理。但是在特殊情况下，如电网异常瓦解成孤岛时，机组带空载长线路时的过电压、过激磁，或机组出力小于负载的低频率情况下，如果保护动作后全停则机组可能因失去厂用电而无法启动。
华电新乡发有限公司涉网保护中，过激磁保护中定时限段启动程序跳闸，反时限段启动减励磁；频率异常保护启动程序跳闸；过电压保护、失磁保护、失步保护特性1均启动全停出口；失步保护特性2启动减出力。为保证电网安全稳定的运行应选择合适的保护出口方式。
四、结语
发电机组涉网发变组保护配置与定值整定的合适与否直接影响到了机组和电网的安全稳定运行，配置与整定时在考虑对电网影响的同时，也需考虑机组的承受能力。随着继电保护微机技术的进步和发展，应站在在能够相互配合情况下保护设备的角度，根据一些整定原则的变化，相应的调整保护逻辑。
参考文献：
[1]高春如.大型发电机组继电保护整定计算与运行技术(第1版)- 北京：中国电力出版社,2006．
作者简介：
李哲（1985-）男，助理工程师，2007年于内蒙古工业大学电气工程及其自动化专业毕业，至今在华电新乡发电有限公司从事电气专工工作。工作地址:河南新乡华电新乡发电有限公司。
论文作者:李哲
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年11月供稿
论文发表时间:2016/1/28
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