自備電廠發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)的選擇與整定計(jì)算

陳愛(ài)春（寧夏啟元藥業(yè)有限公司自備電廠，寧夏 銀川 750100）

該企業(yè)是大型生物制藥企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)，高耗電量，對(duì)電力供應(yīng)的要求為不間斷供電。為滿足生產(chǎn)要求，采用兩條35KV市電和四臺(tái)15MW空冷發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)持續(xù)供電。

發(fā)電機(jī)是該企業(yè)主要供電電源，其安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此需要綜合考慮發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行。就需要在發(fā)電機(jī)上配置較完善的繼電保護(hù)和并合理整定。

1 發(fā)電機(jī)可能出現(xiàn)的故障類型及不正常工作狀態(tài)

1.1 發(fā)電機(jī)可能出現(xiàn)的故障類型

1.1.1 發(fā)電機(jī)定子繞組相間短路 定子繞組相間短路會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，嚴(yán)重?fù)p壞發(fā)電機(jī)，甚至引起火災(zāi)。

1.1.2 發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路 定子繞組匝間短路會(huì)產(chǎn)生很大的環(huán)流，引起故障處溫度升高，使絕緣老化，甚至擊穿絕緣發(fā)展為單相接地或相間短路，擴(kuò)大發(fā)電機(jī)損壞范圍。

1.1.3 發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地 定子繞組單相接地是發(fā)電機(jī)易發(fā)生的一種故障。單相接地后，其電容電流流過(guò)故障點(diǎn)的定子鐵芯，當(dāng)此電流較大或持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，會(huì)使鐵芯局部熔化。

1.1.4 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地和兩點(diǎn)接地 轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地，對(duì)發(fā)電機(jī)沒(méi)有直接危害。兩點(diǎn)接地則轉(zhuǎn)子繞組一部分被短接，不但會(huì)燒毀轉(zhuǎn)子繞組，而且由于部分繞組短接會(huì)破壞磁路的對(duì)稱性，造成磁勢(shì)不平衡而引起機(jī)組劇烈振動(dòng)，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。水輪發(fā)電機(jī)組是凸極結(jié)構(gòu)，機(jī)組劇烈振動(dòng)后會(huì)破壞各軸承與軸瓦之間的間隙，造成“拉瓦”，排除故障需要相當(dāng)長(zhǎng)的停機(jī)時(shí)間，故絕不允許轉(zhuǎn)子繞組兩點(diǎn)接地現(xiàn)象出現(xiàn)。

1.1.5 發(fā)電機(jī)失磁 由于轉(zhuǎn)子繞組斷線、勵(lì)磁回路故障或滅磁開(kāi)關(guān)誤動(dòng)等原因，將造成轉(zhuǎn)子失磁，失磁故障不僅對(duì)發(fā)電機(jī)造成危害，而且對(duì)電力系統(tǒng)安全也會(huì)造成嚴(yán)重影響。發(fā)電機(jī)失去勵(lì)磁后，運(yùn)行狀態(tài)將變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)運(yùn)行。故不允許發(fā)電機(jī)失磁后繼續(xù)運(yùn)行。

1.2 發(fā)電機(jī)的不正常工作狀態(tài)

1.2.1 由于外部短路 非周期合閘以及系統(tǒng)振蕩等原因引起的過(guò)電流。

表1

表2 發(fā)電機(jī)定值整定

1.2.2 過(guò)負(fù)荷。

1.2.3 過(guò)電壓 特別是水輪發(fā)電機(jī)，因其調(diào)速系統(tǒng)慣性大，在突然甩負(fù)荷時(shí)，將引起過(guò)電壓。

1.2.4 逆功率 當(dāng)汽輪發(fā)電機(jī)主汽門突然關(guān)閉而發(fā)電機(jī)斷路器未斷開(kāi)時(shí)，發(fā)電機(jī)將過(guò)渡到同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)葉片特別是尾葉，可能過(guò)熱而損壞。

2 發(fā)電機(jī)的保護(hù)配置

2.1 縱差動(dòng)保護(hù) 反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子繞組及其引出線的相間短路故障，動(dòng)作于瞬時(shí)跳開(kāi)發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)、停機(jī)并滅磁。

2.2 零序保護(hù) 當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓回路回路的接地電容電流（未經(jīng)消弧線圈補(bǔ)償）大于或等于5A時(shí)，保護(hù)動(dòng)作于跳閘、停機(jī)、滅磁。；當(dāng)接地電容電流小于5A時(shí)，保護(hù)應(yīng)動(dòng)作信號(hào)。對(duì)單機(jī)容量為100MW及以上的發(fā)電機(jī)，應(yīng)盡量裝設(shè)保護(hù)范圍為100%的接地保護(hù)。

2.3 過(guò)電流保護(hù) 一般應(yīng)配置低電壓過(guò)流或復(fù)合電壓過(guò)流保護(hù)反應(yīng)外部短路引起的定子繞組過(guò)電流狀態(tài)，并作為發(fā)電機(jī)的后備保護(hù)。對(duì)單機(jī)容量為50MW及以上的發(fā)電機(jī)，一般裝設(shè)負(fù)序過(guò)流及單相低電壓起動(dòng)的過(guò)流保護(hù)。

2.4 過(guò)負(fù)荷保護(hù) 由于發(fā)電機(jī)對(duì)稱過(guò)負(fù)荷引起的定子繞組過(guò)流，應(yīng)裝設(shè)反應(yīng)一相電流的過(guò)負(fù)荷保護(hù)，延時(shí)動(dòng)作于信號(hào)。

2.5 過(guò)電壓保護(hù) 反應(yīng)發(fā)電機(jī)突然甩負(fù)荷引起的定子繞組過(guò)電壓現(xiàn)象，延時(shí)動(dòng)作于跳開(kāi)關(guān)、停機(jī)、滅磁。

2.6 轉(zhuǎn)子繞組一點(diǎn)接地保護(hù) 水輪發(fā)電機(jī)組一般裝設(shè)一點(diǎn)接地保護(hù)并動(dòng)作于信號(hào)。汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)采用定期檢測(cè)裝置，大容量機(jī)組才設(shè)一點(diǎn)接地保護(hù)和二點(diǎn)接地保護(hù)。一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)，二點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作于停機(jī)。

2.7 失磁保護(hù) 當(dāng)不允許失磁運(yùn)行時(shí)，應(yīng)在自動(dòng)滅磁開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，連跳發(fā)電機(jī)斷路器。對(duì)單機(jī)容量100MW及以上或采用可控硅勵(lì)磁方式時(shí)，應(yīng)設(shè)專門的失磁保護(hù)。一般成套的可控硅勵(lì)磁裝置自身都設(shè)有失磁保護(hù)和轉(zhuǎn)子回路過(guò)負(fù)荷保護(hù)，所以發(fā)電機(jī)上不再單獨(dú)配置該保護(hù)。

2.8 頻率保護(hù) 汽輪機(jī)的葉片都有一個(gè)自然振蕩頻率，如果發(fā)電機(jī)運(yùn)行頻率低于或高于額定值，在接近或等于葉片自振頻率時(shí)，將導(dǎo)致共振，使材料疲勞。達(dá)到材料不允許的程度時(shí)，葉片就有可能斷裂，造成嚴(yán)重事故。材料的疲勞是一個(gè)不可逆的積累過(guò)程，所以汽輪機(jī)給出了在規(guī)定頻率下允許的累計(jì)運(yùn)行時(shí)間。低頻運(yùn)行多發(fā)生在重負(fù)荷下，對(duì)汽輪機(jī)的威脅將更為嚴(yán)重，另外對(duì)極低頻工況，還將威脅到廠用電的安全，低頻運(yùn)行會(huì)使汽輪機(jī)葉片受到疲勞損傷，故裝設(shè)低頻保護(hù)。低頻保護(hù)反映系統(tǒng)頻率的降低，并設(shè)有低電壓閉鎖，即發(fā)電機(jī)退出運(yùn)行時(shí)低頻保護(hù)也自動(dòng)退出運(yùn)行。

當(dāng)電網(wǎng)出現(xiàn)大波動(dòng)是會(huì)出現(xiàn)突然甩切大負(fù)荷的情況，此時(shí)發(fā)電機(jī)會(huì)出現(xiàn)過(guò)頻現(xiàn)象，頻率過(guò)高也會(huì)損壞發(fā)電機(jī)。因此發(fā)電機(jī)應(yīng)裝設(shè)頻率異常運(yùn)行保護(hù)。

2.9 勵(lì)磁保護(hù)針對(duì)勵(lì)磁回路故障還應(yīng)設(shè)有勵(lì)磁變過(guò)流保護(hù)、勵(lì)磁回路過(guò)負(fù)荷等保護(hù)。

3 發(fā)電機(jī)保護(hù)的選擇

根據(jù)有關(guān)規(guī)程，考慮到發(fā)電機(jī)常見(jiàn)故障及該企業(yè)供電要求選擇許繼的發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置.設(shè)置繼電保護(hù)配置表。（表1）

4 發(fā)電機(jī)的保護(hù)整定

（見(jiàn)表2）

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)發(fā)電機(jī)保護(hù)的選擇和定值整定，發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定。各保護(hù)動(dòng)作正常，滿足該企業(yè)安全連續(xù)供電要求。現(xiàn)通過(guò)8年的運(yùn)行，時(shí)間和實(shí)踐都證明了該發(fā)電機(jī)保護(hù)選擇正確，定值整定合理。

[1]朱志宏.繼電保護(hù),火力發(fā)電職業(yè)技能培訓(xùn)教材[M].北京：中國(guó)電力出版社,2004.

Zhizhihong Relay teaching book for skill training[M]Beijing Chiba Electric Power Press,2004.

[2]陳永林.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的計(jì)算機(jī)整定計(jì)算[M].北京：水利電力出版社,1998.Chenyonglin Setting calculation of electric power systern re?lay[M]Beijing Water Conservancy and Electric Power Press,1994

[3]賀家李，宋從矩 電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M]北京：中國(guó)電力出版社2004