淺析發電廠繼電保護整定計算

劉仁

摘 要：發電廠繼電保護整定計算是電廠安全穩定運行的可靠保障。由于電廠繼電保護裝置種類繁多、整定計算工作量大，需要計算人員具備較為豐富的實踐經驗和較高的專業水平，目前大多數電廠繼電保護整定計算工作尚處在人工手算的階段。雖然陸續有人設計出了電廠繼電保護整定計算方面的軟件，在整定計算方面具備了部分功能，但由于整定計算中依然需要有較多的人工操作，制約了整定計算軟件的推廣應用。因此，對發電廠的繼電保護進行整體計算研究有著非常現實的意義。本文從發電廠整定計算的發展現狀出發，在充分了解掌握整定計算的原則的情況下，對發電機保護的整定計算原則進行介紹，同時對繼電保護整定計算方式進行了展望。

關鍵詞：發電廠 繼電保護 整定計算

中圖分類號：TM744 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）01（c）-0039-02

1 研究背景

發電廠的繼電保護裝置正確動作是發電廠電力系統安全、可靠運行的重要保障。隨著電力系統的迅速發展，電網結構的復雜程度不斷加深，同時大容量機組在系統中的不斷應用，使得對繼電保護裝置的“可靠性、速動性、選擇性、靈敏性”提出了更高的要求。發電廠繼電定值的整體計算是發電廠繼電保護系統的重要組成部分。不管保護裝置的運行原理如何創新，計算方法如何精準，硬件配置如何提升，一旦定值不可靠，那么發電廠的繼電保護裝置就不能正常運行。繼電保護定值的正確整定是繼電保護裝置正確動作的前提，顯得尤為重要。

2 發電廠整定計算的發展現狀分析

根據相關調查研究顯示，國內外關于發電廠繼電保護的整定計算研究正處在發展過程中。目前，國內發電廠使用的保護裝置的廠家繁多，水平不一。這也導致了發電廠現場繼電保護裝置種類繁多、原理各異，以致相對應的整定計算方法也不一樣。因為保護裝置的配置以及保護原理的不一樣，使得微機保護的整定計算量增大，整定工作變得更為復雜。隨著計算機技術和軟件技術的發展，許多關于電網的繼電保護整定系統軟件研發成功，且技術趨于成熟，繼電保護整定計算工作人員的工作量得到了很大的降低。但是在將系統推廣應用階段卻不盡如人意，目前多數發電廠的繼電保護整定計算工作還是靠工作人員手工計算。出現這種狀況的要原因是：隨著電網規模的不斷擴大，電網結構日益；計算過程中工作人員都加入了自己的經驗值，使得整定計算的結果沒有統一標準。

3 發電廠繼電保護整定計算的方法

以下介紹的發電機繼電保護整定計算方法只代表發電機主要保護中的一部分。

3.1 比率制動完全差動保護

比率制動完全差動保護保護僅反應繞組、引出線的相間故障。不反應匝間、接地、開焊故障；不反應轉子回路故障。

最小動作電流Is的整定計算原則：按外部故障切除時不誤動條件整定。

即，，其中為可靠系數，可取1.5～2.0；為TA綜合誤差，可取0.1；Δm為通道調整引起的不平衡電流系數，可取0.02；為二次額定電流。工程上一般取。

拐點電流的整定計算：It=（0.7～1.0）In。

制動特性斜率S的整定原則：按區外故障最大穿越性電流作用下可靠不誤動整定，工程上一般取S=0.3～0.5。

差動速斷電流的整定原則：按躲過非同期合閘產生的最大不平衡電流整定，對于大型機組一般取。

3.2 發電機定子接地保護的整定計算

基波零序電壓式定子接地保護主要保護由機端向機內80%～85%定子繞組的接地故障；基波零序電壓式定子接地保護的動作電壓應按躲過發電機正常工況下機端TV開口三角的最大輸出電壓或中性點TV（或消弧線圈、或配電變壓器）二次的最大電壓來整定。即，，式中為可靠系數，可取2.5～3；為最大不平衡電壓。發電機正常運行時，一般為3～3.5V。其中，三次諧波分量為2～2.5V，而基波分量一般為0.5～1.5V。因此，當保護中具有濾過比較高的三次諧波濾過器時，Uop取5V是合理的。

同時應考慮到當發電廠主變高壓側發生接地短路故障時，零序電壓可能通過主變高、低兩側繞組之間的耦合電容傳遞至發電機側，可能使3U0定子接地保護不正確動作。當存在此風險時，零序電壓式定子接地保護應具有一定的動作延時。

三次諧波電壓式定子接地保護，主要保護由發電機中性點向機內15%～20%定子繞組的接地故障。計算公式為：，，其中為機端三次諧波電壓；為中性點三次諧波電壓。

發電機中性點及機端的三次諧波電壓的大小，與發電機的三次諧波電勢的大小有關。而發電機的三次諧波電勢與發電機的結構有關，與定子繞組在定子槽內的分布有關，與發電機的類型有關。實測發電機正常運行時的最大三次諧波電壓比值為，則取閾值α0。

3.3 轉子接地保護的整定計算

轉子繞組及勵磁系統對地是絕緣的，當轉子繞組或勵磁回路發生一點接地時，不會構成對發電機的危害。但是，當發電機轉子繞組出現不同位置的兩點接地，很大的短路電流可能燒傷轉子本體；同時，由于部分轉子繞組被短路，使氣隙磁場不均勻或發生畸變，從而使電磁轉矩不均勻并造成發電機振動，損壞發電機。

目前，按避免轉子兩點接地時損壞發電機方面考慮，轉子一點接地保護的高定值取10～30kΩ，低定值可取0.5～10kΩ。對于水輪發電機，轉子一點接地保護應只投信號。轉子一點接地保護的動作延時，可取5～10s。

3.4 失磁保護的整定計算

發電機失磁保護的阻抗判據有靜穩邊界阻抗判據和異步邊界阻抗判據兩種。靜穩邊界阻抗判據是根據發電機失去靜穩時機端阻抗的變化軌跡而設立的，異步邊界阻抗判據是根據發電機失磁后轉入穩定異步運行時機端阻抗的變化軌跡而設立的。

轉子低電壓判據是根據發電機的靜穩邊界而設計的，包括等勵磁電壓判據和變勵磁電壓判據。等勵磁電壓判據動作電壓值為定值，一般為額定空載勵磁電壓的80%。變勵磁電壓判據的動作電壓值隨發電機輸出的有功功率變化而改變。

三相同時低壓判據分為主變高壓側三相低壓判據和機端三相低壓判據。主變高壓側三相低壓判據動作電壓取為母線額定電壓的80%～85%；機端三相低電壓判據動作電壓一般取為發電機額定電壓的80%。

4 繼電保護裝置整定計算的展望

通過介紹發電機保護的整定原則可知要想對發電機保護定值進行精準的整定計算，不僅要熟知保護的原理、算法，還要熟悉機組的運行特性，部分定值是以實測數值為依據整定完成的。繼電保護軟件整定計算運行模式死板、限制性強，對電力系統技術人員并沒有實質性的幫助；軟件在進行計算時，數據錄入繁瑣，可操作性太低，對操作人員的要求較為嚴格。隨著計算機及軟件技術的不斷發展，相信繼電保護整定計算軟件的適應性和友好性將不斷進步，但是我們也應該認識到，繼電保護不僅重要，同時還相當復雜，在整定計算過程中人的因素是替代不了的，計算軟件只能是作為一個工具簡化計算，但最終還是要保護專業人員把關。

5 結語

發電廠繼電保護裝置的整定計算是一項比較復雜的工作，它的專業程度決定了整定計算軟件的整定計算系統必須跟實際的電力系統相互結合，在充分考慮用戶需求的基礎上，對繼電保護整定計算軟件進行不斷的升級，使軟件更加智能化。

參考文獻

[1] 趙冬梅，張旭，劉燕華，等.發電廠繼電保護整定計算系統的智能化研究[J].電力系統保護與控制，2012，40（5）：24-28.

[2] 尹楠.發電廠繼電保護整定計算系統的智能化研究[J].黑龍江科技信息，2014（2）：73-79.

[3] 張虹，趙冬梅，張旭，等.電廠繼電保護整定計算職能系統圖模庫一體化工具的研究[J].電力系統保護與控制，2011，39（12）：69-74.