大型水輪發(fā)電機組繼電保護(hù)若干問題分析

汪洪魁+殷翠玲

摘 要：當(dāng)前水電事業(yè)發(fā)展過程中，大型水輪發(fā)電機組機電保護(hù)在實際運行過程中存在諸多問題，嚴(yán)重影響機組運行的安全性和可靠性。對于大型水輪發(fā)電機組而言，合理且完備的機電保護(hù)裝置以及整定計算是保證繼電保護(hù)正確行駛職能的關(guān)鍵點。本文就大型水輪發(fā)電機組繼電保護(hù)相關(guān)問題進(jìn)行分析，以保證大型水輪發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：大型水輪發(fā)電機組；繼電保護(hù)；若干問題

現(xiàn)代社會經(jīng)濟不斷發(fā)展進(jìn)步，社會生產(chǎn)生活對能源的需求也不斷加大，為更好的適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，我國正大力發(fā)展水電，大型水輪發(fā)電機組紛紛投入運行，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行提供可靠的支持，以更好的滿足能源結(jié)構(gòu)調(diào)整需求。

1 大型水輪發(fā)電機零序橫差保護(hù)的改進(jìn)

通常情況下，大型水輪發(fā)電機的繞組結(jié)構(gòu)為多分支結(jié)構(gòu)，將零序電流互感器引入并聯(lián)粉質(zhì)繞組中性點之間，能夠?qū)Χㄗ永@組故障進(jìn)行靈敏反應(yīng)，促進(jìn)零序橫差保護(hù)的順利實現(xiàn)。單元件橫差保護(hù)接線示意圖見圖1。通過分析研究可知，轉(zhuǎn)子偏心以及定子繞組空間結(jié)構(gòu)分布對稱性不足等，都是導(dǎo)致水輪發(fā)電機組存在不平衡電流的主要原因。若發(fā)電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)不對稱，使得主氣隙磁通分布的均勻程度較低，此種情況下往往會導(dǎo)致分布的不對稱程度明顯加大，最終導(dǎo)致定子繞組出現(xiàn)不平衡感應(yīng)電動勢。

為促進(jìn)不平衡電流問題的妥善解決，應(yīng)當(dāng)積極采取有效措施對改行水輪發(fā)電機零序橫差保護(hù)進(jìn)行合理改進(jìn)。零序橫差保護(hù)的實現(xiàn)，應(yīng)當(dāng)通過帶制動量的保護(hù)判據(jù)來實現(xiàn)主保護(hù)，從而保證繼電保護(hù)的安全性，最大程度上避免外部穿越性故障導(dǎo)致誤動情況發(fā)生。由于橫差不平衡基波電流與氣隙主磁通之間存在一定相關(guān)性，并且與電機內(nèi)部因素之間存在密切的聯(lián)系，因此在改進(jìn)過程中可以將氣隙感應(yīng)電動勢作為制動量，從而對結(jié)構(gòu)不對稱所導(dǎo)致的不平衡電流進(jìn)行有效躲避，保證繼電保護(hù)的安全性和有效性。若動作判據(jù)以氣隙磁勢為制動量，其能夠在最大程度上彌補機端相電流為制動量的判斷的不足，保證整定的有效性，切實改善零序橫差保護(hù)的整體效率。

就保護(hù)輔助判據(jù)來看，以氣隙感應(yīng)電動勢作為制動量的條件下，其比率制動判據(jù)具有一定合理性，能夠在一定程度上彌補機端相電流在實際應(yīng)用中的不足，為橫差保護(hù)提供可靠的支持，提高主判據(jù)的有效性，使得大型水輪發(fā)電機組的繼電保護(hù)性能明顯提升。

2 大型水輪發(fā)電機勵磁回路故障快速保護(hù)研究

大型水輪發(fā)電機靜止勵磁系統(tǒng)主要由勵磁變壓器、整流橋以及勵磁繞組等組成，靜止勵磁系統(tǒng)是大型水輪發(fā)電機組運行的重要環(huán)節(jié)，為保證大型水輪發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行，應(yīng)當(dāng)配備完善的繼電保護(hù)，從而切實降低勵磁系統(tǒng)故障事故的發(fā)生幾率，保證大型水輪發(fā)電機組的實際應(yīng)用價值的有效發(fā)揮。

在發(fā)電機保護(hù)配置下，勵磁主回路的故障問題往往與其阻容器吸收裝置和熔斷器存在密切聯(lián)系，一旦二者保護(hù)動作時間過長，往往會導(dǎo)致勵磁設(shè)備被燒毀，從而給大型水輪發(fā)電機組造成極為嚴(yán)重的后果。當(dāng)前對于勵磁裝置故障的保護(hù)上缺乏明確的規(guī)定，此種情況下導(dǎo)致勵磁裝置保護(hù)配置問題尚未得到有效解決，給大型水利發(fā)電機組的安全運行埋下嚴(yán)重的安全隱患，極易導(dǎo)致保護(hù)功能出現(xiàn)配置重疊而發(fā)生故障，若未能夠及時采取有效保護(hù)措施勢必會加大故障影響。因此在大型水輪發(fā)電機組實際運行過程中準(zhǔn)確把握靜止勵磁系統(tǒng)的工作原理，并對常見故障問題進(jìn)行科學(xué)化分析，明確有針對性的繼電保護(hù)及合適的整定值，對于大型水利發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行都具有重要意義。

3 大型水輪發(fā)電機組繼電保護(hù)整定相關(guān)問題

大型水輪發(fā)電機組繼電保護(hù)單機容量較大且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的條件下，使得發(fā)電機故障保護(hù)配置的復(fù)雜程度明顯加大，并且繼電保護(hù)整定的技術(shù)難度較大。為保證大型水輪發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行，提高繼電保護(hù)的科學(xué)性和有效性，應(yīng)當(dāng)充分做好發(fā)電機的保護(hù)配置分析和整定計算工作，為水電站的安全運行提供可靠的技術(shù)支持。對于工程建設(shè)及實際應(yīng)用均具有重要的意義。

通過發(fā)電機失磁保護(hù)中轉(zhuǎn)子輔助判斷的取舍分析可知，大型水輪發(fā)電機組繼電保護(hù)的實現(xiàn)，大多是在異步邊界或靜穩(wěn)邊界下對阻抗繼電器進(jìn)行整定，以阻抗繼電器輔助以三相低電壓繼電器，通過各項設(shè)備之間的斜體配合，從而保證大型水輪發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。在非低勵和失磁條件下，一旦出現(xiàn)異常工況，極易導(dǎo)致大型水輪發(fā)電機組出現(xiàn)異動情況，嚴(yán)重影響繼電保護(hù)的安全穩(wěn)定運行。為促進(jìn)此類問題的有效解決，通常以轉(zhuǎn)子勵磁低電壓來實現(xiàn)輔助判斷，在實際應(yīng)用中應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確把握水電站大型水輪發(fā)電機組失磁保護(hù)中轉(zhuǎn)子輔助判斷的合理性和有效性。相關(guān)研究表明，在判斷依據(jù)上，轉(zhuǎn)子低電壓判斷依據(jù)與發(fā)電機靜態(tài)穩(wěn)定邊界具有高度一致性，在準(zhǔn)確把握發(fā)電機靜穩(wěn)極限條件的基礎(chǔ)上，依照靜穩(wěn)邊界整定定子側(cè)機端阻抗判斷依據(jù)的本質(zhì)上具有相似性。而在轉(zhuǎn)子判斷工作特性上，其在本質(zhì)上具有一致性，但二者的判斷依據(jù)為不同的電氣量，此種情況下導(dǎo)致二者在工作特性上存在一定差異。

就轉(zhuǎn)子判斷依據(jù)在非失磁故障條件在異常工作的行為進(jìn)行分析可知，轉(zhuǎn)子判據(jù)與定子判據(jù)都能夠在一定程度上反映靜穩(wěn)邊界，而轉(zhuǎn)子判據(jù)對于失磁故障的反應(yīng)更為迅速。失磁保護(hù)在非失磁故障條件下，出現(xiàn)外部短路和系統(tǒng)振蕩時，判據(jù)存在失誤幾率，保護(hù)裝置對電壓回路斷線情況具有一定監(jiān)視作用，誤動的情況較少。由此可知，以以判據(jù)作為輔助判據(jù)能夠有效防止長線充電工況下失磁保護(hù)發(fā)生誤動。整定定子接地保護(hù)過程中其基波零序電壓具有一定穩(wěn)定性和特殊性，為保證實際整定的科學(xué)性，應(yīng)當(dāng)對機端單項金屬性接地時中性點火機端的零序二次值進(jìn)行實測，并依據(jù)實際要求靈敏度進(jìn)行整定，從而保證大型水輪發(fā)電機組繼電保護(hù)的順利實現(xiàn)。

就大型水輪發(fā)電機組保護(hù)配置及整定計算的工程實踐應(yīng)用來看，基于哲態(tài)仿真軟件所建立的水電站發(fā)電機仿真模型具有一定特殊性，能夠?qū)Πl(fā)電機內(nèi)部不同類型的短路故障形式進(jìn)行科學(xué)化分析，并對短路電流進(jìn)行合理計算，通過對仿真計算結(jié)構(gòu)的合理應(yīng)用，促進(jìn)定值校核的順利實現(xiàn)，促進(jìn)大型水輪發(fā)電機組在繼電保護(hù)配置上的各項問題得到妥善解決。

結(jié)束語

當(dāng)前社會可持續(xù)發(fā)展理念下，為更好的保證大型水輪發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行，應(yīng)當(dāng)積極做好繼電保護(hù)的配置工作，準(zhǔn)確把握潛在影響因素及相關(guān)問題，在準(zhǔn)確把握工程實際并結(jié)合以往工作經(jīng)驗，積極采取有效的技術(shù)手段提高橫差保護(hù)的靈敏度，確保快速反應(yīng)滑環(huán)短路故障得到妥善解決，進(jìn)而對勵磁回路進(jìn)行有效保護(hù)，全面提高大型水輪發(fā)電機組繼電保護(hù)的安全性和可靠性，推進(jìn)水電事業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]婁玲嬌.大型水輪發(fā)電機組繼電保護(hù)若干問題研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2014.

[2]于強.大型水輪發(fā)電機定子接地方式及其繼電保護(hù)的相關(guān)問題分析[J].中國科技投資，2013（A35）：211-211.