水泥余熱發(fā)電項目中小型發(fā)電機的保護整定

康繼鋒

1中信重工工程技術中心有限責任公司（471039）

2礦山重型裝備國家重點實驗室（中信重工機械股份有限公司）（471000）

水泥余熱發(fā)電項目中小型發(fā)電機的保護整定

康繼鋒1，2

1中信重工工程技術中心有限責任公司（471039）

2礦山重型裝備國家重點實驗室（中信重工機械股份有限公司）（471000）

同步發(fā)電機是電力系統(tǒng)中最重要的設備，它的安全運行對保證電力系統(tǒng)的正常工作和電能質量起著決定性的作用。因此，應該針對各種不同的故障和異常運行狀態(tài)，安裝性能完善的繼電保護裝置。而發(fā)電機作為工程電氣設計最常用的電器之一有著自己的特點，這里以一條5 000 t水泥線的余熱發(fā)電項目中發(fā)電機的保護為例，探討發(fā)電機各種電氣參數(shù)整定值的選取。

差動保護；后備保護；過負荷保護；選擇性

同步發(fā)電機是生產(chǎn)電能的重要設備，是整個水泥線余熱發(fā)電的核心。如果余熱發(fā)電中的發(fā)電機發(fā)生電力故障，可能會導致電網(wǎng)局部事故乃至整個工廠電力系統(tǒng)嚴重故障。同步發(fā)電機的正常運行對保證工廠電網(wǎng)的安全工作和供電質量起著不言而喻的作用。同時，發(fā)電機本身極其貴重,內部結構也極其的復雜，假若發(fā)生事故，發(fā)電機定轉子電樞繞組燒毀的概率就比較高，而且易引起斷電事故[1]。

1 余熱發(fā)電的發(fā)電機保護簡述

余熱發(fā)電項目中的發(fā)電機保護主要有發(fā)電機差動保護、后備保護（復合電壓過電流保護）、定子接地保護、轉子接地保護、定子過負荷保護、負序過負荷保護、失磁保護、電壓保護、逆功率保護等，本文主要針對發(fā)電機的差動保護和后備保護進行論

述[2]。

2 發(fā)電機縱差動保護基本原理

2.1 作用原理

圖1為發(fā)電機縱差動保護的單相原理圖，兩組TA特性、變比一致，正常及區(qū)外故障時，

因為I1=I2，所以TA特性可選得盡量一致。又因為不平衡電流比變壓器小,所以

圖1 發(fā)電機縱差動保護的單相原理圖

其中，Ktx=0.5，為互感器同型系數(shù)，Kf2g為非周期分量系數(shù),可取1.5～2.0；Ker為互感器比誤差系數(shù)，取0.1；Id.max為最大外部三相短路電流周期分量。nl為互感器變比。

2.2 整定計算

滿足兩個條件：

①躲外部短路時的Ibp.max

②躲大于發(fā)電機額定電流（TA二次斷線時不誤動）

3 發(fā)電機微機比率制動縱差動保護

根據(jù)算法不同，可以構成比率制動特性差動保護和標積制動式差動保護。

3.1 保護構成原理

發(fā)電機縱差保護，按比較發(fā)電機中性點TA與機端TA二次同相電流的大小及相位構成。圖2為發(fā)電機完全縱差保護的交流接入回路示意圖。

圖2 發(fā)電機完全縱差保護交流接入回路示意圖

1）動作方程

式中：Id——動作電流（即差流），完全縱差時有——制動電流，比率制動特性的完全縱差時；——發(fā)電機機端、中性點二次電流；Ig、Iq、Kz、Is——差動保護整定值，見表1。

表1 發(fā)電機差動保護定值

2）動作特性

如圖3所示，發(fā)電機縱差保護動作特性由二部分組成：即無制動部分和比率制動部分。其優(yōu)點是：在區(qū)內故障電流小時，縱差保護具有較高的動作靈敏度；在區(qū)外故障時，縱差保護具有較強的躲過暫態(tài)不平衡差流的能力。長期運行實踐表明：正確的整定保護的各定值，圖3所示的動作特性完全滿足動作靈敏度及可靠性的要求。

圖3 發(fā)電機縱差保護動作特性

4 整定原則

4.1 比率差動系數(shù)KZ（曲線斜率）

KZ應按躲過區(qū)外三相短路時產(chǎn)生的最大暫態(tài)不平衡差流來整定（即圖3中的斜線通過出口區(qū)外故障最大差流對應點）。對余熱電站發(fā)電機完全縱差最大KZ=0.5～0.8，可取KZ=0.5。

4.2 啟動電流Iq

按躲過正常工況下最大不平衡差流來整定。不平衡差流產(chǎn)生的原因：主要是差動保護兩側TA的變比誤差，保護裝置中通道回路的調整誤差。其中最大不平衡差流為：

所以最大不平衡差流為0.54Ie，實際中一般取Iq=（0.2～0.4）Ie，所以有：

4.3 拐點電流Ig

Ig的大小，決定保護開始產(chǎn)生制動作用的電流大小，建議按躲過外部故障切除后的暫態(tài)過程中產(chǎn)生的最大不平衡差流整定。

4.4 差動速斷倍數(shù)Is

對于發(fā)電機的差動速斷，其作用相當于差動高定值，應按躲過區(qū)外三相短路時產(chǎn)生的最大不平衡差流來整定。

為可靠，建議Is=3～4Ie

取Is=3.5Ie=12.74 A

4.5 發(fā)電機額定電流Ie

Ie（或IN）可按下式計算

式中：Pe——發(fā)電機額定功率，9 000 kW；Ue——發(fā)電機額定電壓，10 500 kV；nT——差動TA變比，800/5；cos?——發(fā)電機的額定功率因數(shù),為0.85。

發(fā)電機電流一次值為582 A，二次值為3.64 A。

4.6 差動保護靈敏度校驗

按有關技術規(guī)程，發(fā)電機縱差動保護的靈敏度必須滿足機端兩相金屬短路時，差動保護的靈敏系數(shù)Ksen≥2。靈敏系數(shù)Ksen定義為機端兩相金屬短路時,短路電流與差動保護動作電流之比值。所以有：

因而靈敏度滿足要求。Ksen越大，保護動作越靈敏。

綜上所述，差動保護可見表1：

5 小結

水泥余熱電站中發(fā)電機的主保護和后備保護的選擇和整定十分重要，尤其是主保護的啟動電流和拐點電流的整定均要合理。差動速斷電流的整定值如果偏大，當發(fā)電機發(fā)生保護范圍內短路時由于過電流，相應的保護裝置不能動作，將嚴重影響發(fā)電機的正常工作,甚至造成發(fā)電機的損壞，因而設計也不合理。如果主保護中的啟動電流和拐點電流均偏小時，保護裝置可能躲不開線路中的最大不平衡電流而導致誤動作。因而當對余熱電站中的發(fā)電機選擇合適的主保護和后備保護時，對發(fā)電機的正常運行有著至關重要的作用，對水泥線的正常生產(chǎn)也有巨大的經(jīng)濟效益。

[1]羅鈺玲,呂鐵民.電力系統(tǒng)微機繼電保護[M].人民郵電出版社,2005,2(第1版).

[2]賀家李,宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護[M].中國電力出版社, 2008,4(第3版).