• 15MW发电机组发变组继电保护配置应用 不要轻易放弃。学习成长的路上,我们长路漫漫,只因学无止境。


    本论文就15MW发电机变压器组单元,在保护要求、设置、原理等方面作了相关探析,旨在从继电技术的运用对提高发电厂主设备安全、稳定性来阐述其重要作用。现行的继电保护技术主要是微机继电保护系统,其速动性能、稳定性能和安全性能等都优于传统的保护技术。

    关键词发电机机组继电保护配置15MW

    一、概述

    (一)发电机组对继电保护的要求

    对于动作跳闸的继电保护,在技术上要求满足四个基本要求,即选择性、速动性、灵敏性和可靠性。当前,发电机-变压器组单元制接线在各发电厂得到了广泛应用,在单元内每个元件可能出现的故障和不正常运行状态,其继电保护装置应能反应发电机和变压器单独运行时所应该反应的那些故障和不正常运行状态。但由于设备成组连接,中间无断路器和隔离开关,相当于一个工作元件,因此可以将发变组某些性能相同的保护合并成一个对全组公用的保护。这样的结合,可以使发变组单元的继电保护配置变得简单和经济。

    (二)发电机组的继电保护配置

    发电机组的安全运行对保证电力系统的正常运行和电能质量起着决定性的作用,同时也是十分贵重的电气设备,结构复杂,一旦发生故障遭到破坏,其检修难度较大,检修时间较长,要造成的经济损失非常之大,因此因针对各种不同的故障和不正常运行状态,装设性能完善的继电保护装置。

    1、发变组保护的配置

    (1)机组保护可以分为短路保护和异常保护两大类

    1)短路保护用以反应被保护区域内发生的各种类型万博投注app,manbetx官网登录手机,万博体育彩票网站的短路故障,这些故障将造成机组的直接破坏,这类保护很重要,所以为防止保护装置或断路器举动,又有主保护和后备保护之分。

    2)异常保护用以反应各种可能给机组造成危害的异常工况,但这些工况不能或不能很快造成机组的直接破坏,这类保护装置,一般都装设一套专用的继电器,不设置后备保护。

    (2)发电机的故障有以下几种

    1)定子绕组相间短路;

    2)定子绕组一相的匝间短路;

    3)定子绕组单相接地故障;

    4)转子绕组一点接地或两点接地故障;

    5)转子励磁回路励磁电流消失。

    (3)发电机不正常运行状态主要有下列几种

    1)由于外部短路引起的定子绕组过流;

    2)由于负荷超过发电机额定容量而引起的三相对称过负荷;

    3)由外部不对称短路或不对称过负荷而引起的发电机负序过电流和过负荷;

    4)由于突然甩负荷而引起的定子绕组过电压;

    5)由于励磁回路故障或强励时间过长而引起的转子绕组过负荷。

    6)由于汽轮机主汽门关闭而引起的发电机逆功率。

    (4)变压器内部故障主要有以下几种

    1)油箱内部故障包括相间短路、接地短路、匝间短路以及铁芯的烧损;

    2)油箱外部故障主要是套管和引出线上发生相间短路和接地故障。

    (5)变压器的不正常运行状态主要有

    1)由于变压器外部短路引起的过电流和外部接地短路引起的过电流和中性点过电压;

    2)由于负荷超过额定容量引起的过负荷以及由于漏油等原因引起的油面下降。

    针对上述故障类型和不正常运行状态以及机组的特点,根据中华人民共和国行业标准《继电保护和安全自动装置技术规程》,发变组保护应装设的保护类型有

    (1)定子绕组相间短路

    (2)定子绕组接地短路

    (3)定子绕组匝间短路

    (4)发电机差动保护

    (5)定子绕组过电压

    (6)定子绕组过负荷

    (7)转子绕组过负荷

    (8)定子绕组负序过负荷

    (9)励磁回路一点及两点接地保护

    (10)励磁变压器过流保护

    (11)变压器差动保护

    (12)变压器瓦斯保护

    (13)复压过流保护

    2、保护装置的控制对象

    各保护装置动作后所控制的对象,依保护装置的性质、选择性要求和故障处理方式的不同而不同,对于发电机变压器组,分别动作于

    (1)全停关汽机主汽门,跳发变组出口开关,跳灭磁开关、跳厂用分支开关,启动厂用电快切装置、使本机厂用电切换至启备变转带。

    (2)切换厂用电跳厂用分支开关,启动厂用电快切装置、使本机厂用电切换至启备变转带。

    二、发-变组继电保护装置的选择

    以南京电力自动化厂生产的ND200型微机式发变组保护为例,整套装置分为两个柜,6个CPU,其分配如下

    保护A柜

    ICPU1基波定子接地保护。

    II CPU21、转子一点接地;2、转子二点接地;3、复合电压过流保护;4、发电机过负荷(定时限、反时限)。

    III CPU31、失磁保护;2、负序过流(定时限、反时限);3、励磁绕组过流。

    保护B柜

    ICPU11、主变差动保护;2、主变过负荷保护;3、过流启动通风。

    II CPU2主变负荷电压过流保护;

    III CPU31、主变轻瓦斯;2、主变重瓦斯;3、主变压力释放;4、主变温度高;5、主变冷却器全停。

    Ⅳ CPU41、厂用分支差动保护;2、厂用分支复压过流保护;3、厂用分支过负荷保护;

    Ⅴ NDSCX11三相操作箱对发变组主开关进行操作。

    三、发变组继电保护原理及逻辑

    1、发电机定子接地保护

    (1)原理

    15MW发电机中性点采用不接地方式运行,因此,发电机定子单相接地具有一般中性点不接地系统单相接地的特点,不同之处在于系统的零序电压将随定子接地的位置而改变。假设A相定子绕组在距中性点a%定子绕组匝数处d点接地,此时,各相对地不对称,三相对地电压的向量和就是系统产生的零序电压,其值为-a辏敝豢悸橇阈虻缪沟拇笮∈绷阈虻缪筓D0=a%U,这个等式表明,系统的零序电压与故障点位置所决定的a%成正比,当机端接地时,a%=1,UD0为故障相的相电压,当中性点接地时,a%=0,UD0为0,相对应的零序电流情形相同。因此,无论是反应零序电压的或零序电流的接地保护均存在死区,死区在中性点附近。我公司采用基波零序电压定子接地保护,是以机端保护PT开口三角的电压作为动作判据。保护范围为除中性点附近外的定子接地的85%-95%,故障点越靠近机端,灵敏性越好。若故障不能及时发现,一种可能是进一步发展成匝间或相间短路,另一种可能是若在其他地方发生接地,则形成两点接地短路。

    (2)其动作逻辑如下

    机端零序电压>定值 t/0 全停

    2、发电机转子接地保护

    (1)原理

    1)转子一点接地保护。转子一点接地不会对发电机构成直接危害,但作用在励磁系统对地绝缘介质上的电压升高,因而可能在绝缘薄弱环节处导致第二点接地。要求保护能反映任一点发生的接地故障。评价保护的灵敏度时使用故障点对地之间的过渡电阻来定义大小,若过渡电阻为R,保护装置处于动作边界上,则称保护装置在该点的灵敏度为RΩ。保护整定电阻的公式中改变K2的值可以改变转子一点接地保护定值,其余都为电路中的固定常数,一般R取10KΩ及以上。

    其动作逻辑如下

    Rf<定值t/0发信

    2)转子二点接地保护。正常运行时,不论三相电流是否对称,定子电压中只有基波和各种奇次谐波(由于发电机气隙磁通的非正弦分布和铁磁饱和的影响,产生基波和各种奇次谐波,三次谐波在线电压中可以消除,但在相电势中仍然存在,总有百分之几的三万博投注app,manbetx官网登录手机,万博体育彩票网站次谐波),理论上是不存在偶次谐波。当励磁绕组发生两点接地时,就有部分励磁绕组被短接,气隙磁场的对称性破坏,这样在定子绕组上产生二次及以上的偶次谐波,运行时只有二次谐波不平衡电压,且该电压的大小与发电机负荷的大小、功率因数的高低基本上没有关系,所以利用定子二次谐波电压构成的转子两点接地保护具有很高的灵敏度。

    动作判据定子电压中的二次谐波电压大于定值,且转子一点接地保护已动作满足时,保护经延时动作于全停。

    3、复合电压启动过流保护

    (1)原理所谓复合电压启动就是由低电压继电器和负序电压共同启动,二者之间是逻辑或的关系,作为过流保护的一个闭锁条件。采用一般的过流保护,动作电流较大,致使保护反映外部故障时的灵敏系数往往不能满足要求,为了提高保护的灵敏性,一般采用低电压或复合电压启动的过电流保护。本保护作为发电机对称和不对称短路的后备保护。当发生不对称短路(两相短路)时,由于负序电压出现,装置内负序电压滤过器有输出,启动连锁继电器,同时故障相的电流元件动作,经时间元件的延时后,保护动作出口。当发生三相短路时,短路开始瞬间也有负序电压,首先触发回路,但这时因三相短路电压已降低,故还是能启动出口元件动作。

    本保护包括以下元件

    1)低电压元件电压取自发电机机端PT,动作判据为U < Uddy,U为线电压,Uddy为低电压定值。

    2)负序电压元件电压取自发电机机端PT,动作判据为U2 > Ufx,U2为负序电压,Ufx为负序电压定值。

    3)过流元件电流取自发电机侧的CT,动作判据为“任何一相电流大于过流定值“

    当复合电压元件退出时,本保护即为过流保护。

    (2)其动作逻辑如下

    IA或IB或IC>定值 t/0t1 仅发信或发信且解列、解列灭磁

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