農村水電站微機型發電機保護裝置的特性試驗

林益江，王　偉（浙江同濟科技職業學院，浙江 杭州 311231）

農村水電站微機型發電機保護裝置的特性試驗

林益江，王偉
（浙江同濟科技職業學院，浙江 杭州 311231）

繼電保護是保證電力元件安全運行的基本裝置，任何電力元件不得在無繼電保護的狀態下運行。繼電保護及安全自動裝置的校驗，是指按照規程要求及設備運行工況，對機電保護設備及安全裝置進行定期或不定期的檢查和修理，以保持、恢復或提高設備完好性。本文主要對微機型發電機保護的保護特性及邏輯回路的現場檢驗進行描述和分析，為同類型水電站發電機保護裝置校驗的現場作業提供借鑒。

農村水電站；微機型繼電保護；特性試驗

1　試驗前的準備

根據實際情況適當安排負責人和工作班成員，根據工作內容帶上相應的圖紙和檢修規程或作業指導書。根據工作內容，選用適當的安全設備和檢修工具：

（1）調試計算機。

（2）繼電保護測試儀（標準三相電壓源和電流源）。

（3）試驗連接線。

（4）帶漏電保護的電源插座。

（5）萬用表。

（6）帆布手套和口罩。

（7）手電筒、尖嘴鉗、剝線鉗、斜口鉗等常用電工工具。

（8）小型套筒扳手、小型標準一字和十字螺絲刀。

（9）無水乙醇、清潔干布和軟毛刷。

（10）聚氯乙烯帶、電氣膠帶、扎帶、白布帶、絕緣膠布等。

（11）電烙鐵、焊錫絲、吸錫器等焊接工具。

（12）標簽機、號頭機、標簽紙、號頭套管。

2　試驗現場的安全技術措施

根據工作性質和內容，填寫相應的工作票，采取適當的安全技術措施。檢修作業開工前，由工作負責人向工作班成員交代工作任務、工作地點、安全措施及安全注意事項。主要安全措施如下：

（1）機組處于停機狀態。

（2）停用保護設備所有出口連接片。

（3）斷開保護裝置的電源。

（4）取下保護盤中電壓互感器二次側熔斷器。

（5）斷開保護盤上發電機KOU的操作電源。

（6）在端子排上斷開所用電流互感器和電壓互感器回路端子連接片，并封電流互感器回路電纜側。

（7）在端子排上解開發電機保護所有出口回路電纜，并用絕緣膠布包扎。

（8）在端子排上解開發電機保護盤上所有信號回路正電，并用結緣膠布包扎。

所有拆開回路均記錄本上，并有專人監督。

3　現場檢驗內容

3.1發電機差動保護

試驗條件：差動保護控制字置“1”投入；電流互感器斷線閉鎖發差控制字位置“0”解除閉鎖；發電機差動保護出口控制字位清“0”，使出口為單相差動方式。

試驗方法如下：

（1）差動動作電流整定值測試

1）采用在發電機機端或中性點側或其他側電流端子中任一相加電流的方式；

2）分別在任一側加一相電流；

3）加入電流值大小為△Imin（平臺定值）；

4）加突變電流讓差動出口燈亮，連續做3次，記錄動作值與整定值誤差小于5％。

（2）比率制動特性測試

1）同時在任意相兩側加同方向電流；

2）取一I2值（＞△Imin），根據整定值計算出對應的I1值，同時加突變電流讓差動保護出口燈亮，連續3次，如不動作可增加I1、I2中大的電流或減少I1、I2中小的電流，應滿足Kr與整定值誤差小于5％；

3）另取一I2值（＞△Imin），根據整定值計算出對應的I1值，同時加突變電流讓差動保護出口燈亮，連續3次，如不動作可增加I1、I2中大的電流或減少I1、I2中小的電流，應滿足Kr與整定值誤差小于5％；

4）根據兩組數據可確定比率制動特性。

（3）差動速斷值測試

1）采用在發電機機端或中性點側或其他側電流端子中任一相加電流；

2）分別在任一相加電流；

3）加入電流值大小為△Id.KF（速斷定值）

4）加突變電流讓差動保護出口燈亮，連續做3次，記錄動作值，與整定值誤差應小于5％。

（4）電流互感器斷線閉鎖差動測試

電流互感器斷線閉鎖差動只有在發差動出口方式控制字位置“1”時才有效。

1）將電流互感器斷線閉鎖差動控制字位寫“1”投入，則發差不動作，而只有電流互感器斷線信號；

2）分別在任一側加一相電流；

3）加入電流值大小為大于15％ITVN（額定電流）；

4）突變加電流，連續加3次，差動出口燈不亮。

（5）動作時間測試

突然加1.2倍整定電流到出口燈亮，連續做3次，記下動作時間值，動作值與整定值誤差小于5％。

3.2發電機定子不對稱故障

實驗條件：定子不對稱故障保護控制字置“1”投入；從三相電流端子加對稱正序電流時，顯示I2=0；加負序電流顯示不正確；從三相電壓端子加對稱電壓時，顯示U2=0；加負序電壓顯示正確；模擬單相加電流（電壓）IA（UA）時，有I2（U2）=1/3IA（UA）。

實驗方法如下：

（1）轉子二次諧波定值測試

1）將轉子二次諧波閉鎖負序方向控制字清“0”；

2）從端子加二次諧波（100 Hz）電壓；

3）從機端電壓端子加上對稱負序電壓（無條件時用A相電壓），且大于整定值以滿足動作條件，同時突加二次諧波和負序電壓，讓出口燈亮，以便檢查轉子二次諧波閉鎖負序方向的作用。要求動作值與整定值誤差小于5％。

（2）發電機解列狀態下，負序電壓定值整定測試

1）將轉子二次諧波閉鎖負序方向控制字清“0”。

2）將方式開關置“運行”位置，總清程序。

3）從機端電壓端子加對稱負序電壓（或用A相電壓，所加電壓為整定值3倍），Iph=0；

4）突然加負序電壓，讓出口燈亮，要求動作值與整定值誤差小于5％。

（3）發電機并列狀態下，故障分量負序方向測試

1）從機端A相電流端子和A相電壓端子加電流和電壓模擬負序。

2）固定電流相位改變電壓相位，突然同時加入電流、電壓，讓出口燈。

3）所加I2應大于I2set，Iph應大于Iphset；模擬正方向時，最好滿足U2=I2Xs；模擬反方向時，最好滿足U2=I2Xg。

4）突然同時加電流、電壓，讓出口燈亮，要求動作值與整定值誤差小于5％。

5）根據動作區求出靈敏角（應為75°～85°）。

（4）動作時間測試

突然加1.2倍整定值的負序電流、電壓值，出口燈亮，連續做3次記下動作時間值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

3.3發電機過電壓

實驗條件：定子過電壓保護控制字置“1”投入。

實驗方法如下：

（1）從U相電壓端子加線電壓，滿足Uac＞Uset；逐漸升電壓值達到保護啟動。經t延時，到出口燈亮，記下電壓值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

（2）電壓元件時間測試。突然加1.2倍整定電壓值經t延時，到出口燈亮，連續做3次，記下動作時間值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

3.4復合過電流保護

試驗條件為：低壓過電流保護控制字置“1”投入；從Uac相電壓端子加線電壓；從三相電流端子加電流。

試驗方法如下：

（1）電流元件整定測試

1）在任一相電流輸入端子外加電流，而不加電壓；

2）由于低電壓滿足要求，因此只要逐漸加電流達到保護啟動，經時間t延時，到過電流元件動作，出口燈亮，記下電流值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

（2）電壓元件整定測試

1）在任一相電流輸入端子加電流大于整定值；

2）機端AC電壓輸入端子加電壓100 V；

3）由于電流滿足要求，因此要求只要逐漸降低電壓達到保護啟動，經時間t延時，到低壓過電流保護動作，出口燈亮，記下電壓值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

（3）電流記憶測試

1）本保護可設置為帶記憶的低壓過電流保護，將帶記憶，過電流記憶控制字置“1”投入；

2）在機端A、C電壓輸入端子加電壓40 V；

3）在任一相電流輸入端子突然加電流大于整定后立即退出；

4）由于過電流記憶作用，因此只要逐漸降低電壓達到保護啟動。經時間t延時，到低壓過電流保護動作，出口燈亮，記下電壓值。要求動作值與整定值誤差小于5％。

（4）動作時間測試

不加電壓，突然加1.2倍整定電流值經t延時，到出口燈亮，連續做3次記下動作時間值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

3.5發電機失磁保護

試驗條件：失磁保護控制字置“1”投入；電壓互感器斷線保護控制字置“0”退出。

試驗方法如下：

（1）靜穩阻抗（帶無功功率方向）邊界判據測試

1）如有靜穩阻抗Ⅱ段判據，將靜穩阻抗Ⅱ段控制字清“0”；

2）用單相法測試；

3）從A相電壓端子加Ua電壓；

4）從A相電流端子加Ia電流（如2 A）；

5）固定電流相位，改變電壓相位，測動作；

6）改變電壓大小，測動作阻抗。

注意：阻抗圓特性只有三、四象限，一、二象限比無功功率方向元件去掉（無功功率方向范圍-15° ～-165°左右）；阻抗受電壓互感器斷線閉鎖，應做相應測試。

（2）轉子低電壓判據測試

1）動作方程Uf＜Kf（P-PT）；

2）在機端電壓模擬量A相輸入端子加電壓UA，在機端（或中性點）電流模擬量A相輸入端子加電流IA，并且電流IA超前電壓UA30°左右，滿足所加功率P=（IAUAcos30°）＞PT；

3）在轉子直流電壓輸入保險端子Rf+與Rf-之間加直流電壓100～200 V；

4）逐漸降低直流電壓達到“轉子低壓信號”燈亮；

5）改變電流或電壓對應不同的P，測出不同的動作電壓值，記下電壓值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

（3）系統低壓判據測試

1）從系統三相電壓端子并加三相系統電壓60V；

2）逐漸降低電壓達到保護啟動，經t延時，到系統低壓保護動作發信，記下電壓值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

（4）靜穩阻抗+系統低壓判據測試

1）從系統三相電壓端子并加三相系統電壓10 V；

2）從A相電壓端子加UA電壓；

3）從A相電流端子加IA電流（如2 A）；

4）電流IA超前電壓UA角度為90°左右，同時給上系統電壓IA、UA達到失磁段保護Ⅰ段啟動，經時間t1延時，失磁保護Ⅰ段動作出口，邏輯正確。

（5）靜穩阻抗+轉子低壓判據測試

1）不加轉子電壓；

2）從A相電壓端子加UA電壓；

3）從A相電流端子加IA電流（如2 A）；

4）電流IA超前電壓UA角度為90°左右，同時給上IA、UA達到失磁段保護Ⅱ啟動，經時間t2延時，失磁保護Ⅱ段動作出口，邏輯正確。

（6）靜穩阻抗Ⅱ段判據測試

1）強靜穩阻抗Ⅱ段控制字（CⅡ：D7位）置“1”；

2）從A相電壓端子加UA電壓；

3）從A相電流端子加IA電流（如2A）；

4）電流IA超前電壓UA為90°左右，同時給上IA、UA達到靜穩阻抗Ⅱ段啟動，經t3延時，靜穩阻抗Ⅱ段動作出口，邏輯正確。

（7）動作時間測試

以上各動作邏輯，突然加0.8（或1.2）倍整定值經時間t1（或t2、t3）延時，到出口燈亮，連續做3次，記下動作時間值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

3.63U0定子一點接地保護

實驗條件：將3U0定子接地保護控制字置“1”投入。

試驗方法如下：

（1）電壓元件定值測試

1）從開口三角電壓端子加基波電壓；

2）逐漸升電壓值達到保護啟動，經時間t延時，到信號燈亮，記下電壓值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

（2）電壓元件時間測試

突然加1.2倍整定電壓值經時間t延時，到出口燈亮，連續做3次，記下動作時間值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

3.73U0發電機定子接地保護

實驗條件：將3U0定子接地保護控制字置“1”投入。

試驗方法如下：

（1）自適應式3U0定子接地保護測試

1）動作方程

式中k3——自適應跟蹤系數；

k3w——3ω定子接地保護制動系數。

2）從機端三相電壓端子加三相基波電壓55 V；

3）從開口三角電壓端子加三次諧波電壓1 V；

4）從消弧線圈電壓端子加三次諧波1 V；

5）開口三角電壓不變，將消弧線圈電壓突然降至0V后保護應該啟動，經時間t延時，信號燈亮，邏輯正確，并連續做3次，記下時間值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

（2）絕對值比較式3U定子接地保護測試

1）動作方程

2）從機端三相鍛壓端子并加三相基波電壓55V；

3）從開口三角電壓端子加三次諧波電壓1 V；

4）從消弧線圈電壓端子加三次諧波電壓1 V；

5）開口三角形電壓不變，將消弧線圈電壓逐漸降低達到保護啟動，經時間t延時時，到信號燈亮，邏輯正確，并連續做3次，記下時間值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

3.8發電機轉子一點接地保護

試驗條件：將發電機轉子一點接地保護控制字置“1”投入。

試驗方法如下：

（1）接地電阻定值測試

1）將轉子直流電壓輸入保險端子Rf+與Rf-之間短接；

2）在Rf+與Rf-之間短接點與發電機大軸端子之間接一可調電阻；

3）減少電阻值達到保護啟動，經時間t延時，到信號燈亮，記下電阻值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

（2）發信號時間測試

突然加0.8倍整定電阻值經時間t延時，到信號燈亮，連續作3次，記下動作時間值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

3.9發電機定時限負載過電流保護

試驗條件：將發電機負載過電流保護控制字置“1”投入；從三相電流端子加對稱正序電流時，I2=0；改加負序電流正確動作。

試驗方法如下：

（1）負序電流元件定值測試

1）在電流輸入端子任一相加電流，模擬單相法試驗；

2）負序電流為所加電流的1/3；

3）逐漸升電流值達到保護啟動，經時間t延時，到出口燈亮，記下電流值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

（2）負載過電流時間測試

突然加1.2倍整定電流值，經時間t延時，到出口燈亮，連續做3次記下動作時間值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

3.10發電機定時限過負荷保護

試驗條件：將發電機過負荷保護控制字置“1”投入；從三相電流端子加電流。

試驗方法如下：

（1）過負荷電流元件定值測試

1）在電流輸入端子任一相加電流，模擬單相法試驗；

2）逐漸升電流值達到保護啟動，經時間t延時，到出口（或發信號）燈亮，記下電流值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

（2）過負荷動作時間測試

突然加1.2倍整定電流值，經時間t延時，到出口（或發信號）燈亮，連續做3次，記下動作時間值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

3.11電壓互感器斷線保護

試驗條件：將電壓互感器斷線保護控制字置“1”投入。

試驗方法如下：

（1）保護整定測試

1）加三相電壓，不加3U電壓。同時在加三相電壓50 V；

2）降某一相電壓（如A相）達到保護啟動，經時間t延時，出口信號燈亮（部分斷線）或者斷開一相電壓（全斷線）；

3）加某一相電壓（如A相），同時加3U電壓，電壓互感器斷線燈應不出口；

4）電壓互感器兩相斷線應動作無異常。

（2）發信號時間測試

突降某一相電壓（如A相）達到保護啟動，經時間t延時，出口信號燈亮，連續做3次，記下動作時間值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

3.12電流互感器斷線保護

對于發電機差動的電流互感器，因無三角形接法，且故障只有相間類型。故有：

則為A相斷線；

則為B相斷線。

則為C相斷線

式中IdA、IDB、IdC——A、B、C相差流；

IA1、IA2、IB1、IB2、IC1、IC2——三相兩側電流

試驗條件：將電流互感器斷線保護裝置字置“1”投入。

試驗方法如下：

（1）保護定值測試

1）對于發電機差動保護電流互感器，則在任一側任一相加電流（＞15％，＜12％）；

2）加電流達到保護啟動，經時間t延時，出口信號燈亮（單相斷線），此時加電流相為斷線相。

（2）發信號時間測試

加電流達到保護啟動，經時間t延時，出口信號燈亮，連續做3次，記下動作時間值，要求動作值與整定值誤差小于5％。

4　結語

通過對微機型發電機保護的保護特性及邏輯回路檢驗的分析和研究，我們發現，計算機監控系統的安全可靠運行除了有穩定的運行軟件和可靠的硬件之外，還與機組的運行環境有關。監控系統設計和調試的整定參數要隨著機組運行環境變化而作及時、相應的調整或修改。此外，熟悉微機型發電機保護的保護特性及邏輯回路檢驗現場作業的方法和步驟是保證繼電保護及安全自動裝置安全可靠運行的重要環節。

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TM774

A

1672-5387（2016）05-0017-05

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.05.007

2016-04-03

林益江（1964-），男，講師，研究方向：電氣設備控制。