华能汕头电厂继电保护特性分析_电工文摘

华能汕头电厂继电保护特性分析

点击数：7805 次录入时间：03-04 11:47:25 整理：http://www.55dianzi.com 电工文摘

0　引言
　　华能汕头电厂采用的是引进俄罗斯2×300MW机组及其配套设备，部分保护存在问题，如主保护动作速度慢，特别是差动保护的速度问题；在变压器(主变、厂变)上普遍采用阻抗保护的效果问题；变压器接地保护判据的选择及其配合等问题。
　　整个厂内继电保护以电磁型和电子分立元件为主，运行维护工作量相当大。虽然该厂科学的管理和继电保护工作人员精湛的技术弥补了一些设备上的不足，但是，由厂内继电保护引出的问题还是时有发生。为了彻底改变这一局面，华能汕头电厂计划改造其厂内继电保护装置。本文建议以国产型微机发电机—变压器组保护装置为改型产品，供华能汕头电厂和具有相同机组的电厂参考。

1　引进的俄罗斯300MW机组继电保护配置简介
　　机组一次接线如图1所示，每台机组配备有两台40000KVA的厂用变压器，全厂配备有一台63000KVA的启动变压器。从整个机组继电保护的配置情况来看，发电机保护是不太完善的。如反应多种异常运行状态的低频、过激磁、非全相运行等保护都没有(逆功率保护是华能汕头电厂自己加的)；我国继电保护规程对300MW及以上的机组对反应异常运行状态的保护有明确要求。

1.TA1发电机定子绕组匝间短路的横联差动保护；2.TA2、TA20发电机—变压器组纵联
差动保护；3.TA4、TA12发电机纵联差动保护；4.TA8、TA9变压器差动保护；5.TA9逆功
率保护(国产)；6.TA10阻抗保护；7.失磁保护；8.对称过负荷保护；9.TA11负序电
流保护；10.TA14变压器零序电流(接地)保护；11.TV1过电压保护、阻抗保护、失磁保
护；12.TV5100定子绕组一点接地保护；(其它TA、TV用于励磁、测量仪表、故障录波等
功能)13.发电机转子过负荷保护；14.发电机转子回路一点接地保护；

2　华能汕头电厂厂内几种继电保护装置特性分析
　　下面以发电机纵差、主变零序(接地)、厂变阻抗保护为例，分析华能汕头电厂厂内几种继电保护特性，并提出一些问题。
　　2.1　发电机纵差保护
　　发电机纵差保护采用的是带速饱和变流器和具有制动特性的俄制3T—11/5差动继电器，交流回路如图2所示。

　　发电机定子绕组为YY接，9根出线(发电机出口3根，中性点6根)；发电机出口侧TA的变比为12000/5，中性点侧TA变比6000/5，两侧TA的变比、型式都不相同。外部故障时通过差动回路的不平衡电流Iunb.max很大，其值为

式中　kTA—TA10的误差，取0.1；—非周期分量影响系数，取1；kss—电流互感器同型系数，两侧TA的型式也不相同，取—机端三相短路电流(t＝0秒)，为55.8×103A；nTA—TA变比，为12000/5＝2400。
　　为了满足发电机内部短路灵敏度的要求，发电机差动保护的最小起动电流应按下式计算。即
　
式中　krel—可靠系数，取1.3；IN—发电机的额定电流，为10190A。
　　由式(1)(2)可知Iunb.max＞＞Iact。若不采取措施，当外部故障时，发电机差动保护就会误动作。为解决这一问题，采用了差动继电器，克服外部故障时不平衡电流的影响。但是，差动继电器大大降低了发电机差动保护的动作速度。因为，差动继电器克服外部故障不平衡电流的原理是靠外部故障时不平衡电流中的非周期分量使铁芯速饱和来完成的。而发电机内部故障时，短路电流中同样存在非周期分量，本发电机定子回路非周期分量的衰减时间常数为0.28秒，非周期分量衰减完毕需3～4倍的时间常数时间，即：(3～4)×0.28＝0.84～1.12秒(差动保护的实际动作时间还要长)。发电机发生故障，以这样长的时间切除故障是相当可怕的。主变、厂变和厂备变差动保护存在相同的问题。
　　2.2　主变零序(接地)保护
　　华能汕头电厂主变接地保护采用的是：取中性线上作为变压器中性点接地运行时接地故障时的判据；利用发电机负序反时限保护中的发信号元件判别变压器中性点不接地运行时的接地故障，理由是只要变压器发生接地故障总会出现负序分量。在时间配合上，当变压器发生接地故障时，先跳母联，再跳中性点不接地运行的变压器，最后跳中性点接地运行的变压器。这样的配置存在两个问题。一是当接地故障发生在中性点接地运行的变压器上时，两台变压器会全部跳开，选择性的问题仍然存在；二是有可能造成中性点不接地的变压器较长时间带接地故障运行。这是比较危险的。结合图2—2分析如下：
　

　　图3—2(b)1KA0是变压器中性点接地运行时接地故障的判别元件，动作电流为：
式中　kbra—分支系数；—输电线零序第Ⅱ段保护的动作电流。
式(3)说明了一个问题，即中性点接地变压器的零序电流保护范围不会超过输电线路等零序第Ⅱ段保护的保护范围。

　　KA2是发电机负序反时限保护中的发信号元件，兼作变压器中性点不接地运行时接地故障的判别元件(2判别中性点不接地)，动作电流按躲过机组正常运行时由于不平衡引起的负序电流整定。本机组取
　　
　　设中性点接地的变压器发生接地故障，接地保护的动作情况如下：以最短的时间先跳母联，母联跳开后，从本厂来看，将故障变压器与非故障变压器分开了；但从图2—2(a)可以看出，两变压器可能与系统仍然联在一起，由于KA2的动作值很小，仍处在动作状态，经后跳开中性点不接地运行的变压器，最后经长延时跳开中性点直接接地运行的变压器。出现了一台变压器故障切除两台变压器的情况。
　　再设中性点不接地的变压器发生接地故障，接地保护的动作情况如下：以最短的时间先跳母联，立即返回，因为母联跳开后，中性点不接地的变压器的接地故障已不在其动作范围内，返回后，无法切除中性点不接地的变压器的接地故障，这是比较危险的。
　　2.3　厂用变阻抗保护
　　变压器上装阻抗保护，笔者认为不是最佳选择。首先，励磁涌流的存在决定了变压器的阻抗保护不可能瞬时动作，要躲励磁涌流就必须带时限，带时限就只能作后备保护用。次之，要考虑电压互感器二次回路断线引起阻抗保护误动作的问题。而且，阻抗保护自身又比较复杂，调试维护工作量相对要大一些。

3　国产微机型发变组保护装置对引进的俄罗斯300MW机组适应性分析　　
　　随着电网容量的不断扩大，短路电流不断增大，故障对系统造成的影响和对主设备造成的破坏越来越严重。要保证电网及主设备的安全，对继电保护装置的技术要求越来越高。电磁型继电保护装置、电子分立元件构成的继电保护装置作为大机组(200MW及以上)的主保护已满足不了系统及大机组本身对继电保护的要求。我国新建电厂和“老电厂”的技术改造，基本上是选择微机型继电保护作机组保护。国产微机型发变组保护装置，一般可提供三十余种保护功能和非电量(如：变压器瓦斯、发电机断水等)保护接口；技术先进、性能优良，有良好的运行业绩。可作为华能汕头电厂机组保护改型的首选。
　　国产微机型发变组保护装置，配置有完善的主保护和后备保护，反应异常状态的保护齐全。对外联接，完全适应于华能汕头电厂的一次接线；两者相结合，还可以充分发挥各自的特点。如：国产微机型发变组保护装置配置有不完全差动保护，而该机组的中性线每相有两根引出线，装有两组电流互感器(如图2—1所示)，为采用不完全差动保护创造了条件。采用国产微机型发变组保护装置中的零序功率方向保护，可以解决变压器接地保护的选择性问题(篇幅所限，分析略。下同)；采用复合电压过电流保护取代经电流闭锁的阻抗保护，不但灵敏度不受影响，而且可靠性可得到提高。合理地选用装置中的其他保护，可大大提高机组的安全性。国产微机型发变组保护装置还有多种附加功能，如：自动报警、自动打印等。

4　结论
　　经过分析，证明华能汕头电厂的厂内继电保护装置的确存在一些问题。虽然某些保护独特性，如：采用发电机负序反时限保护中的发信号元件，兼作变压器中性点不接地运行时接地故障的判别元件；采用电流元件防止电压互感器二次回路断线阻抗保护的误动作等。但本质上仍然存在动作速度慢、选择性差、接线复杂等缺点。要彻底改变这一现状，就必须更换改型。国产微机型发变组保护装置优良特性及其对该厂一次接线的适应性，可作为华能汕头电厂继电保护装置改型产品。

参考文献

[1]王春，鲁俊兵。WFBZ—01型微机发电机—变压器组保护在漫湾发电厂的应用［J］.电力自动化设备，2001(3)：44—48
[2]李火元，林东.电力系统新型继电保护原理与技术［M］.成都：成都科技大学出版社，1998.

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