汽輪發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

盛權(quán)

【摘 要】機(jī)電電氣系統(tǒng)而言，大型發(fā)電機(jī)所占比較重大，特別是在容量比較下，若是單機(jī)容量在系統(tǒng)容量中的比重過大，大型發(fā)電機(jī)一旦發(fā)生移除，對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)所造的沖擊相對(duì)較大。這樣就要對(duì)保護(hù)配置的可靠性、靈敏性和高速率都有特殊的要求，同時(shí)還需要繼電保護(hù)在整體的配置上要能夠被安置合理，去繁從簡(jiǎn)。

【關(guān)鍵詞】電氣系統(tǒng);發(fā)電機(jī);變壓器;繼電保護(hù)

1.汽輪發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)原理

1.1發(fā)電機(jī)的故障及不正常運(yùn)行狀態(tài)

相對(duì)變壓器而言，發(fā)電機(jī)更加復(fù)雜，變壓器有原邊繞組，副邊繞組，通過鐵芯，磁場(chǎng)來將原邊和副邊連接起來，進(jìn)行磁耦合，來實(shí)現(xiàn)能量的傳遞。發(fā)電機(jī)，有轉(zhuǎn)子繞組，定子繞組，轉(zhuǎn)子鐵芯，定子鐵芯。在發(fā)電機(jī)中有靜止的部分，也有旋轉(zhuǎn)的部分，通過定子去切割氣隙中的磁場(chǎng)，在定子上感應(yīng)電勢(shì)，產(chǎn)生電流。將轉(zhuǎn)子上所接收到的機(jī)械能，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，通過磁場(chǎng)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，通過定子繞組輸送出去。發(fā)電機(jī)內(nèi)部有時(shí)間變化量，定子上感應(yīng)的電流，電壓，呈正弦變化，還有空間變化。發(fā)電機(jī)的故障狀態(tài)以及不正常狀態(tài)相對(duì)于變壓器來說，就復(fù)雜得多。發(fā)電機(jī).相對(duì)非常貴重，使得它的重要程度升高。

1.2配置原則

為了滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定方面的要求，對(duì)于發(fā)電機(jī)變壓器組故障要求快速切除。對(duì)于發(fā)電機(jī)雙繞組變壓器，通常有處理方式。根據(jù)繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)程，為正確反應(yīng)發(fā)變組短路故障和確保快速切除故障，配置了發(fā)電機(jī)縱、橫差動(dòng)保護(hù)，變壓器縱差保護(hù)和發(fā)電機(jī)-變壓器組縱差保護(hù)，對(duì)發(fā)電機(jī)-變壓器組構(gòu)成了雙重快速保護(hù)。因此，雙重化加閉鎖，提高了可靠性，有利于大機(jī)組的安全運(yùn)行。

2.汽輪發(fā)電機(jī)短路電流計(jì)算

2.1發(fā)電機(jī)參數(shù)

2.2電流短路計(jì)算

（2）在d2點(diǎn)短路時(shí)，因?yàn)槭前l(fā)電機(jī)出口短路，系統(tǒng)運(yùn)行方式對(duì)短路電流的影響不大，所以可以不考慮系統(tǒng)對(duì)他的影響。

3.汽輪發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)整定計(jì)算

3.1發(fā)電機(jī)的縱差保護(hù)

最小動(dòng)作電流：由于保護(hù)裝置采用比率制動(dòng)特性，其保護(hù)動(dòng)作電流不必按躲過外部故障時(shí)的不平衡電流，其整定值只需躲過最大負(fù)荷條件下的差動(dòng)回路不平衡電流。繼電器的最小動(dòng)作電流為：

比率制動(dòng)系數(shù)的選擇：

以最大外部短路電流下流過繼電器的動(dòng)作電流Idz=Kk·Kzq·KtX·fi·IdmaX計(jì)算，此時(shí)，制動(dòng)電流：Izd=IdmaX

3.2發(fā)電機(jī)的橫差保護(hù)

繼電器的動(dòng)作電流：保護(hù)動(dòng)作電流按躲過外部短路故障時(shí)最大不平衡電流及裝置對(duì)高次諧波濾過比的大小整定。在本設(shè)計(jì)中根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式整定計(jì)算。

Idzj=0.2Ief/nlnl一般取用于發(fā)電機(jī)橫差保護(hù)的電流互感器的變比，取0.25Ief/5。則：Idzj=0.2×5/0.25=4

繼電器的動(dòng)作電流檔有1A、2A、4A、8A取Idz=4A

靈敏系數(shù)校驗(yàn)：α=3I0·4Xf0=0.25×4×8.81%=8.81%

其中3I0=Idzj，取0.25。

另外，因?yàn)楸Ｗo(hù)死區(qū)隨著整定值的增大而增大，所以為了減小保護(hù)死區(qū)，應(yīng)經(jīng)過3次諧波濾過器，盡量減小3次諧波不平衡電流。

3.3發(fā)電機(jī)定子繞組過負(fù)荷保護(hù)

定時(shí)限部分對(duì)稱過負(fù)荷保護(hù)的動(dòng)作電流：

Idz=Kk·Ief/Kh=1.05×11.32/0.85=13.98KA

繼電器的動(dòng)作電流：Idzj=Idz/nl=13980/（12000/5）=5.825A

t=3～15s動(dòng)作于信號(hào)

反時(shí)限部分：反時(shí)限部分的動(dòng)作時(shí)間由發(fā)電機(jī)的過負(fù)荷能力確定的其整定公式為：t=K/[It*2-（1+α）]

4.系統(tǒng)仿真模型系統(tǒng)的建立

4.1仿真模型的建立

以一個(gè)110kV系統(tǒng)為例進(jìn)行模型搭建。模型的基本元件有：電源、斷路器、三相負(fù)載、繼電器、三相負(fù)載、繼電器，以及用來仿真故障的三相故障模型，傅立葉元件、測(cè)量元件、示波器等。

4.2主要模塊參數(shù)設(shè)置及功能

（1）三相電源模塊?模擬三相電源。線電壓設(shè)置為110kV;A相的相位角設(shè)置參數(shù)為0;頻率設(shè)置參數(shù)為50Hz，內(nèi)部連接方式設(shè)置為Yg，星形連接;電源的內(nèi)部電阻設(shè)置參數(shù)為3Ω;電源內(nèi)部電感設(shè)置參數(shù)為4H。

（2）斷路器模塊?斷路器的起始狀態(tài)設(shè)置為closed，閉合狀態(tài)A、B、C開關(guān)不設(shè)置觸發(fā)，即前面不打勾;開、斷時(shí)間的外部控制需要用到，在前面打勾。

（3）三相故障模塊。此模塊是一個(gè)可以通過外部或內(nèi)部信號(hào)來控制開和閉合時(shí)間的三相斷路器，可以模擬相間和接地短路狀態(tài)。通過對(duì)參數(shù)的設(shè)置，可以選擇故障類型、控制信號(hào)、開關(guān)狀態(tài)等。設(shè)置起始狀態(tài)為閉合，故障時(shí)間為0.4～0.8S。

結(jié)論

本設(shè)計(jì)主要包括大型發(fā)電機(jī)保護(hù)、變壓器保護(hù)、短路電流計(jì)算、整定計(jì)算。概括來說，首先根據(jù)設(shè)備的容量、型號(hào)等相關(guān)資料分析可能出現(xiàn)的故障問題;其次根據(jù)保護(hù)的配置原則，確定該設(shè)備所需要的保護(hù);然后通過查詢《電氣工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》進(jìn)行整定計(jì)算;最后根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇最具可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]熊為群.繼電保護(hù)裝置及二次回路[J].中國(guó)電力出版社，2011：95-138.

[2]高有權(quán).發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)設(shè)計(jì)及整定計(jì)算[J].中國(guó)電力出版社，2011：24-118.

（作者單位：湖南省工業(yè)設(shè)備安裝有限公司）