600MW發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)裝置的現(xiàn)狀分析

鄭輝

(河北興泰發(fā)電有限責(zé)任公司,河北邢臺(tái) 054000)

600MW發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)裝置的現(xiàn)狀分析

鄭輝

(河北興泰發(fā)電有限責(zé)任公司,河北邢臺(tái) 054000)

我國(guó)采用了大量的600MW發(fā)電機(jī)組,因此研究600MW發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)裝置的現(xiàn)狀對(duì)于發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行就具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文主要從定子繞組匝間短路保護(hù)、繼電保護(hù)用電流互感器、中性接地點(diǎn)方式以及主保護(hù)定量化設(shè)計(jì)等方面詳細(xì)的探討600MW發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)裝置的現(xiàn)狀。

600MW發(fā)電機(jī)組 繼電保護(hù) 現(xiàn)狀 不足

1 定子繞組匝間短路保護(hù)

我國(guó)于2006年時(shí)頒布通過(guò)了《繼電保護(hù)和安全技術(shù)規(guī)程》(即GB 14285-2006)，明確要求通過(guò)定子繞組匝間短路保護(hù)的設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。然而對(duì)于600MW單機(jī)容量的發(fā)電機(jī)(尤其是引進(jìn)發(fā)電機(jī)組)，因?yàn)殡y以進(jìn)行中性點(diǎn)的側(cè)引線，多數(shù)學(xué)者和技術(shù)人員認(rèn)為可以不必裝設(shè)該保護(hù)裝置，主要原因如下：

首先，大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組基本不存在同槽同向的情況，所以不會(huì)產(chǎn)生匝間短路。但通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，600MW發(fā)電機(jī)組存在著同向不同分支位于同槽的情況，槽內(nèi)同向不同分支產(chǎn)生的短路多為匝間短路，而并非所認(rèn)識(shí)到的相間短路。據(jù)中科院權(quán)威統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，1998年到2006年間，600MW發(fā)電機(jī)組共計(jì)發(fā)生匝間短路以及分支開(kāi)焊次數(shù)為19次，相間短路故障67次。另外，因?yàn)椴糠?00MW發(fā)電機(jī)組沒(méi)有設(shè)置匝間短路保護(hù)，在出現(xiàn)匝間短路情況之后，在發(fā)展成為相間短路之后通過(guò)縱差保護(hù)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)跳閘，因而錯(cuò)誤的將其統(tǒng)計(jì)為相間短路故障。進(jìn)入新世紀(jì)以后，因?yàn)檎駝?dòng)過(guò)大、定子引線氣堵造成端部松動(dòng)，導(dǎo)致600MW發(fā)電機(jī)組時(shí)常出現(xiàn)匝間短路和定子繞組接地的故障，更為嚴(yán)重的是，還造成了數(shù)臺(tái)發(fā)電機(jī)組因此而燒毀。

其次，由于已具備100%動(dòng)作區(qū)定子繞組單向接地保護(hù)，因此無(wú)必要設(shè)置專門(mén)的定子繞組匝間短路保護(hù)。通常而言，定子槽內(nèi)故障首先表現(xiàn)為單向接地故障，但正如前文所提及的，單向接地故障并非引起匝間短路的全部原因，100%動(dòng)作區(qū)定子繞組單向接地保護(hù)沒(méi)有辦法完全消除匝間短路故障。所以，對(duì)于600MW發(fā)電機(jī)組，僅通過(guò)單向接地保護(hù)來(lái)規(guī)避和消除定子繞組匝間短路是難以實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果的。

總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)應(yīng)提高對(duì)統(tǒng)一對(duì)定子繞組匝間短路保護(hù)的認(rèn)識(shí)，基于我國(guó)600MW發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行實(shí)際情況，從而有效克服我國(guó)600MW發(fā)電機(jī)組存在的嚴(yán)重匝間短路保護(hù)的隱患。

2 600MW發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)用電流互感器的應(yīng)用現(xiàn)狀

顯然，電力系統(tǒng)一次電流通過(guò)電流互感器的正確傳變是正確的繼電保護(hù)動(dòng)作的必要基礎(chǔ)，主要通過(guò)相位的差動(dòng)保護(hù)和各側(cè)電流大小的比較，采取動(dòng)作的時(shí)間在20ms左右。電流互感器的暫態(tài)誤差對(duì)差動(dòng)保護(hù)的技術(shù)性能產(chǎn)生明顯的影響。

通過(guò)對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)的研究后可以發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)兩側(cè)即便使用了型號(hào)相同的10P或者5P型電流互感器，在開(kāi)展自啟動(dòng)或者同期操作的過(guò)程中，還是會(huì)產(chǎn)生縱差保護(hù)誤動(dòng)現(xiàn)象。而其最為主要的原因還是由于電流互感器只能確保10%的穩(wěn)態(tài)誤差，卻未利用相關(guān)技術(shù)措施來(lái)確保暫態(tài)誤差控制在相應(yīng)的范圍之內(nèi)。

更需要注意的是，較之電力系統(tǒng)而言，600MW發(fā)電機(jī)組的一次時(shí)間常數(shù)要大的多。通常情況下，超高壓電力系統(tǒng)的一次時(shí)間常數(shù)在100ms到120ms之間，而發(fā)電機(jī)組的一次時(shí)間常數(shù)為250ms到500ms之間。一次時(shí)間常數(shù)的提升直接增大了電流互感器的暫態(tài)誤差。應(yīng)利用電流互感器鐵心截面的增加來(lái)起到降低暫態(tài)誤差的目的。

總的來(lái)說(shuō)，選擇考慮暫態(tài)誤差的TP型電流互感器來(lái)作為600MW發(fā)變組的繼電保護(hù)，如將TP和5P型電流互感器混用到變壓器的高、中、低壓側(cè)，將會(huì)對(duì)差動(dòng)保護(hù)的正確動(dòng)作率產(chǎn)生明顯的影響。

3 600MW發(fā)電機(jī)中性接地點(diǎn)方式

通過(guò)研究和實(shí)際運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，定子繞組單向接地將會(huì)產(chǎn)生十分嚴(yán)重的后果。主要后果如下：

(1)Ig(單向接地故障電流)超過(guò)一定范圍的時(shí)候，比如說(shuō)≥1.0A的情況下，將會(huì)使定子鐵心出現(xiàn)燒壞的情況下，導(dǎo)致難以檢修和修復(fù)，導(dǎo)致企業(yè)承受巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

(2)將會(huì)產(chǎn)生巨大的間歇性弧光過(guò)電壓，并導(dǎo)致相間短路和匝間短路故障的出現(xiàn)，導(dǎo)致無(wú)法預(yù)計(jì)的災(zāi)難性后果。

現(xiàn)階段，我國(guó)600MW發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)大多采取的是配電變壓器高阻接地方式，最為主要的優(yōu)點(diǎn)是非常小的過(guò)電壓倍數(shù)(不超過(guò)2.6倍)，而缺點(diǎn)也相當(dāng)明顯，使接地故障電流明顯的增加。

總的來(lái)說(shuō)，600MW發(fā)電機(jī)組單向接地故障最為明顯的危害并非暫態(tài)過(guò)電壓對(duì)絕緣安全的威脅，而是過(guò)大的接地故障電流。當(dāng)前的核心要?jiǎng)?wù)在于怎樣降低接地故障電流Ig，在現(xiàn)實(shí)調(diào)試過(guò)程中，不應(yīng)通過(guò)提升Ig配電變壓器的高阻接地，同時(shí)整定接地電阻Rn時(shí)，也大可不必安裝傳統(tǒng)規(guī)矩(即≤三相對(duì)地容抗)，而應(yīng)當(dāng)積極采取消弧線圈接地方式，使之成為確保600MW發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行的基本舉措。

4 主保護(hù)定量化設(shè)計(jì)

進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)600MW發(fā)電機(jī)組主保護(hù)獲得了喜人的發(fā)展，不但包括以往所采取的單原件零序橫差以及完全縱差保護(hù)方式，還針對(duì)性的發(fā)展了雙元件零序橫差保護(hù)、不完全裂相橫差保護(hù)、完全裂相橫差保護(hù)以及不完全縱差保護(hù)等方式，從而極大的提升了600MW發(fā)電機(jī)組內(nèi)部短路主保護(hù)的靈敏性及可靠性。

對(duì)于600MW及以上發(fā)電機(jī)組，必須摒棄以往片面依靠經(jīng)驗(yàn)的定性化設(shè)計(jì)方式，而應(yīng)當(dāng)基于“多回路分析法”來(lái)開(kāi)展優(yōu)化和定量化設(shè)計(jì)工作。另外，600MW及以上發(fā)電機(jī)組基本上無(wú)法開(kāi)展真機(jī)試驗(yàn)，所以，數(shù)字仿真就能夠起到十分重要的作用。對(duì)保護(hù)進(jìn)行動(dòng)模試驗(yàn)具有相應(yīng)的必要性，不過(guò)所有動(dòng)模設(shè)備都僅代表其自身，無(wú)法完全仿真真機(jī)，這是由于兩者所具備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有著顯著的差異性，而所采取的內(nèi)部短路動(dòng)模仿真技術(shù)無(wú)法體現(xiàn)實(shí)際工業(yè)機(jī)組內(nèi)部短路時(shí)具體的電磁場(chǎng)。這并非意味著將來(lái)發(fā)電機(jī)組無(wú)需進(jìn)行動(dòng)模試驗(yàn)，其真正的意義在于，若繼電保護(hù)裝置無(wú)法通過(guò)動(dòng)模試驗(yàn)，該保護(hù)裝置就不具備現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)和運(yùn)行的條件。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)對(duì)于600MW發(fā)電機(jī)組來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)通過(guò)定子繞組匝間短路保護(hù)的設(shè)置來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)功能。(2)應(yīng)當(dāng)選擇考慮暫態(tài)誤差的TP型電流互感器來(lái)作為600MW發(fā)變組的繼電保護(hù)，一定要避免TP和5P型電流互感器混用到變壓器的高、中、低壓側(cè)。(3)應(yīng)當(dāng)積極采取消弧線圈接地方式，使之成為確保600MW發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行的基本舉措。

[1]王維儉,桂林,王祥珩,孫宇光,盛和樂(lè),李和,張琦雪.大型發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式的反思與憂慮——致各大發(fā)電公司、發(fā)電廠和設(shè)計(jì)院同行[J].電力設(shè)備,2007(11).

[2]李德佳,卓樂(lè)友.保護(hù)用電流互感器的選擇及計(jì)算方法的探討[J].電力設(shè)備,2007(09).

[3]桂林,王維儉,孫宇光,王祥珩.大型水輪發(fā)電機(jī)主保護(hù)定量化設(shè)計(jì)過(guò)程的合理簡(jiǎn)化[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2007(04).

[4]嚴(yán)偉,陳俊,沈全榮.大型隱極發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的探討[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2007(02).

鄭輝(1971一),男,河北邢臺(tái)人,?？?工程師,主要從事發(fā)電廠電氣二次設(shè)備、繼電保護(hù)及自動(dòng)化裝置的檢修管理工作。