變壓器繼電保護分析及失磁保護

劉慶

摘要：發(fā)電廠中的發(fā)電機和變壓器定值等在計算的時候，如果出現(xiàn)計算不當?shù)葐栴}就會出現(xiàn)嚴重后果，也會造成電氣設備損壞，甚至造成電力系統(tǒng)瓦解。在電力系統(tǒng)快速發(fā)展的過程中，全國各地電網(wǎng)聯(lián)系也更加密切，大型發(fā)電機組對電力系統(tǒng)的作用也較為突出，對變壓器繼電保護的要求明顯提高，需要具備更加科學有效的整定計算和保護配置，對保護裝置應用水平有效提升。同時發(fā)電機失磁屬于發(fā)生頻率較高且影響嚴重的故障問題，當發(fā)電機失磁的時候，感應電動勢會不斷減小，使得發(fā)電機與系統(tǒng)間的功角增大，兩者異步運行，發(fā)電機的安全穩(wěn)定運行受到影響，進而影響電廠的正常運行。發(fā)變機組在電廠的運行中處于重要的位置，如果出現(xiàn)故障就會對整個的電力供應產(chǎn)生影響，因此，科學合理的配置保護系統(tǒng)是確保機組安全運行的基礎。

關鍵詞：變壓器;繼電保護;失磁保護

1 變壓器繼電保護配置探討

1.1 發(fā)電機繼電保護配置

發(fā)電機對系統(tǒng)的正常運行及電能質(zhì)量有重要的作用，因此，要加強對發(fā)電機的保護。在對其保護的時候，多數(shù)要對1兆瓦以上容量機組的定子繞組及其引發(fā)的線相間短路故障問題加以解決，當發(fā)電機接地故障電流大于規(guī)定值時，要采取相應的接地保護。發(fā)電機和變壓器結(jié)構(gòu)復雜，其出現(xiàn)故障的部位及類型等方面都存在著特殊性，這也就造成發(fā)電機繼電保護配置保護難度較高。因此，一臺發(fā)電機或變壓器都需要配置數(shù)目較多的主保護和后備保護裝置，使電力系統(tǒng)的運行更加安全有效。發(fā)電機定子繞組出現(xiàn)的過電壓情況，要采取相應的過電壓保護;配置轉(zhuǎn)子接地保護，應對發(fā)電機轉(zhuǎn)子繞組接地故障;配置失磁保護應對低勵失磁故障;對于300MW以上容量的發(fā)電機，要配置失步保護來防止其系統(tǒng)震蕩影響機組安全，配置頻率保護來防止發(fā)電機低頻或者過頻運行，配置啟停機保護來防止發(fā)電機低速運行的短路故障等。

1.2 變壓器繼電保護裝置

變壓器是電廠內(nèi)的重要設備，變壓器的可靠運行對電廠的系統(tǒng)穩(wěn)定運行以及供電可靠性具有重要的作用。為了確保變壓器的安全運行，需要根據(jù)變壓器的容量以及常見故障進行繼電保護，配備性能良好，符合工況要求的繼電保護裝置。常用的保護形式主要有：配置差動保護來應對變壓器大電流接地系統(tǒng)側(cè)繞組和引出線的短路故障;配置過電流保護或者阻抗保護來防止變壓器外部故障造成的其他部件的損壞;配置過負荷保護來防止變壓器過負荷運行;過激磁保護來防止變壓器過激磁運行等。對于變壓器內(nèi)部的繞組溫度升高以及冷卻系統(tǒng)故障等要根據(jù)實際要求，配置報警保護或者是跳閘的保護。一般來講，變壓器內(nèi)部以及引出線上短路性質(zhì)故障保護為主保護，其他的保護為輔助保護。主保護動作沒有延時，一般情況下是通過全停來實現(xiàn)的，而輔助保護不同于主保護，輔助保護是根據(jù)具體的情況發(fā)出警報信號，或者是通過延時跳開一側(cè)或某側(cè)的斷路器實現(xiàn)的。

2 發(fā)電機失磁保護研究

2.1 發(fā)電機的失磁危害

發(fā)電機的全部勵磁電流或者是部分勵磁電流消失的現(xiàn)象被稱為失磁，引起發(fā)電機失磁的原因主要有：勵磁機故障、轉(zhuǎn)子繞組故障以及誤操作、勵磁系統(tǒng)中部分元件損壞等等。發(fā)電機失磁屬于發(fā)生頻率較高且影響嚴重的故障問題，發(fā)電機失磁故障對電網(wǎng)的運行及發(fā)電機的正常運轉(zhuǎn)都有重要影響。一方面發(fā)電機機組需要在電網(wǎng)中吸收更多的感性無功功率，這也就容易使得系統(tǒng)電壓下降的情況更加突出，另外電力系統(tǒng)會造成電壓下降較多而出現(xiàn)瓦解的現(xiàn)象，另一方面，失磁的發(fā)電機容易對系統(tǒng)中相鄰機組的運行情況造成比較大的影響，從而使得相鄰機組和系統(tǒng)間及系統(tǒng)各部分間的同步性不足。失磁情況下發(fā)電機組異步運行能力受到一定程度上的限制。發(fā)電機轉(zhuǎn)子如果發(fā)生縱軸和橫軸方面不對稱的情況，也容易造成機組振蕩的情況，對機組安全運行造成威脅。此外，發(fā)電機失磁還會對發(fā)電機本身造成一定的影響，失磁的發(fā)電機在異步運行后，發(fā)電機的等效電抗降低，不斷地在系統(tǒng)吸收無功功率，產(chǎn)生的過電流導致發(fā)電機出現(xiàn)定子過熱現(xiàn)象。重負荷失磁后，導致電機的轉(zhuǎn)矩以及有功功率發(fā)生劇烈擺動，這時就會有超過額定值的電磁轉(zhuǎn)矩通過發(fā)電機軸、定子傳到機座上，導致發(fā)電機周期性的超速運行，損壞發(fā)電機壽命。因此對發(fā)電機，尤其是大容量發(fā)電機需要加強失磁保護，避免發(fā)電機發(fā)生失磁故障的情況，

2.2 發(fā)電機的失磁保護

傳統(tǒng)的失磁保護主判定依據(jù)主要有：第一，發(fā)電機轉(zhuǎn)子低電壓判定，主要的判別依據(jù)是等勵磁電壓以及變勵磁電壓等。第二，二相同時低電壓判定，主要判定依據(jù)包括機端低電壓以及主變高壓側(cè)低電壓。第三是發(fā)電機機端定子阻抗判定，主要有異步邊界阻抗圓特性以及靜穩(wěn)邊界阻抗圓特性。第四，逆無功判定，主要是通過逆無功以及定子過電流來對失磁故障進行判定。除了以上的判定依據(jù)外，一般還采用輔助依據(jù)來進行發(fā)電機的失磁判定。在發(fā)電機運行過程中，發(fā)電機的機端與主變高壓側(cè)有可能會發(fā)生短路故障，或者是系統(tǒng)震蕩的情況下，采用失磁保護的主要判定依據(jù)可能會發(fā)生誤動的情況，因此，在實際的失磁保護判定中還經(jīng)常使用輔助判定依據(jù)和主判定依據(jù)結(jié)合的方式來進行有效的判定。常用的輔助判定依據(jù)主要有勵磁電壓降低;無功功率的方向改變以及不出現(xiàn)負序分量等。

有的保護裝置會設置一些失磁保護，設置三段或者四段失磁保護，每段保護都選擇不同的判定組合。但不管是采用哪種的勵磁方式，AER都是其重要的組成部分，因為AER裝置具備低勵限制以及保護功能，發(fā)電機也有失磁保護，因而促進兩者之間的有效配合就可以在很大程度上減少不必要的停機操作，保證了發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。兩者有效的配合的順序是，AER先進行限制，限制之后AER在不能正常恢復工況的情況下，AER的延時就會動作，延時之后還不能恢復正常工況的情況下，繼電保護的失磁保護就會啟動，起到保護的作用。發(fā)電機在正常的進相范圍內(nèi)運行時，運行能力受發(fā)電機定子繞組端的發(fā)熱以及發(fā)電機的靜穩(wěn)極限限制，因此，新建的機組要通過實驗來確定發(fā)電機的進相范圍。AER低勵限制就是當發(fā)電機勵磁電流下降時，AER的低勵限制就會動作，恢復AER到正常工作狀態(tài)，限制勵磁電流的進一步下降，同時，減少發(fā)電機對于感性無功功率的吸收，保證發(fā)電機的正常運行，減少不必要的停機，保證電廠能夠穩(wěn)定運行。

3 結(jié)語

繼電保護在火電廠的實際運營中具有重要的作用，加強繼電保護是當前電廠工作人員的責任。在我國電力裝置容量逐漸增大的情況下，發(fā)電組的繼電保護也受到較大影響，發(fā)展過程中面臨著一定的挑戰(zhàn)，這也就需要有效加強變壓器繼電保護的工作的開展，使變壓器的硬件裝置水平得到顯著提升。結(jié)合項目經(jīng)驗闡述變壓器繼電保護的相關內(nèi)容，且關注失磁保護的相關內(nèi)容，概括得出變壓器繼電保護的相關注意事項和配置的保護形式，同時分析發(fā)電機失磁保護的判定依據(jù)，從而得出保障機組及電網(wǎng)安全和穩(wěn)定運行的相關模式。

參考文獻

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