农村水电站微机型发电机保护装置的特性试验

林益江，王　伟（浙江同济科技职业学院，浙江 杭州 311231）

农村水电站微机型发电机保护装置的特性试验

林益江，王伟
（浙江同济科技职业学院，浙江 杭州 311231）

继电保护是保证电力元件安全运行的基本装置，任何电力元件不得在无继电保护的状态下运行。继电保护及安全自动装置的校验，是指按照规程要求及设备运行工况，对机电保护设备及安全装置进行定期或不定期的检查和修理，以保持、恢复或提高设备完好性。本文主要对微机型发电机保护的保护特性及逻辑回路的现场检验进行描述和分析，为同类型水电站发电机保护装置校验的现场作业提供借鉴。

农村水电站；微机型继电保护；特性试验

1　试验前的准备

根据实际情况适当安排负责人和工作班成员，根据工作内容带上相应的图纸和检修规程或作业指导书。根据工作内容，选用适当的安全设备和检修工具：

（1）调试计算机。

（2）继电保护测试仪（标准三相电压源和电流源）。

（3）试验连接线。

（4）带漏电保护的电源插座。

（5）万用表。

（6）帆布手套和口罩。

（7）手电筒、尖嘴钳、剥线钳、斜口钳等常用电工工具。

（8）小型套筒扳手、小型标准一字和十字螺丝刀。

（9）无水乙醇、清洁干布和软毛刷。

（10）聚氯乙烯带、电气胶带、扎带、白布带、绝缘胶布等。

（11）电烙铁、焊锡丝、吸锡器等焊接工具。

（12）标签机、号头机、标签纸、号头套管。

2　试验现场的安全技术措施

根据工作性质和内容，填写相应的工作票，采取适当的安全技术措施。检修作业开工前，由工作负责人向工作班成员交代工作任务、工作地点、安全措施及安全注意事项。主要安全措施如下：

（1）机组处于停机状态。

（2）停用保护设备所有出口连接片。

（3）断开保护装置的电源。

（4）取下保护盘中电压互感器二次侧熔断器。

（5）断开保护盘上发电机KOU的操作电源。

（6）在端子排上断开所用电流互感器和电压互感器回路端子连接片，并封电流互感器回路电缆侧。

（7）在端子排上解开发电机保护所有出口回路电缆，并用绝缘胶布包扎。

（8）在端子排上解开发电机保护盘上所有信号回路正电，并用结缘胶布包扎。

所有拆开回路均记录本上，并有专人监督。

3　现场检验内容

3.1发电机差动保护

试验条件：差动保护控制字置“1”投入；电流互感器断线闭锁发差控制字位置“0”解除闭锁；发电机差动保护出口控制字位清“0”，使出口为单相差动方式。

试验方法如下：

（1）差动动作电流整定值测试

1）采用在发电机机端或中性点侧或其他侧电流端子中任一相加电流的方式；

2）分别在任一侧加一相电流；

3）加入电流值大小为△Imin（平台定值）；

4）加突变电流让差动出口灯亮，连续做3次，记录动作值与整定值误差小于5％。

（2）比率制动特性测试

1）同时在任意相两侧加同方向电流；

2）取一I2值（＞△Imin），根据整定值计算出对应的I1值，同时加突变电流让差动保护出口灯亮，连续3次，如不动作可增加I1、I2中大的电流或减少I1、I2中小的电流，应满足Kr与整定值误差小于5％；

3）另取一I2值（＞△Imin），根据整定值计算出对应的I1值，同时加突变电流让差动保护出口灯亮，连续3次，如不动作可增加I1、I2中大的电流或减少I1、I2中小的电流，应满足Kr与整定值误差小于5％；

4）根据两组数据可确定比率制动特性。

（3）差动速断值测试

1）采用在发电机机端或中性点侧或其他侧电流端子中任一相加电流；

2）分别在任一相加电流；

3）加入电流值大小为△Id.KF（速断定值）

4）加突变电流让差动保护出口灯亮，连续做3次，记录动作值，与整定值误差应小于5％。

（4）电流互感器断线闭锁差动测试

电流互感器断线闭锁差动只有在发差动出口方式控制字位置“1”时才有效。

1）将电流互感器断线闭锁差动控制字位写“1”投入，则发差不动作，而只有电流互感器断线信号；

2）分别在任一侧加一相电流；

3）加入电流值大小为大于15％ITVN（额定电流）；

4）突变加电流，连续加3次，差动出口灯不亮。

（5）动作时间测试

突然加1.2倍整定电流到出口灯亮，连续做3次，记下动作时间值，动作值与整定值误差小于5％。

3.2发电机定子不对称故障

实验条件：定子不对称故障保护控制字置“1”投入；从三相电流端子加对称正序电流时，显示I2=0；加负序电流显示不正确；从三相电压端子加对称电压时，显示U2=0；加负序电压显示正确；模拟单相加电流（电压）IA（UA）时，有I2（U2）=1/3IA（UA）。

实验方法如下：

（1）转子二次谐波定值测试

1）将转子二次谐波闭锁负序方向控制字清“0”；

2）从端子加二次谐波（100 Hz）电压；

3）从机端电压端子加上对称负序电压（无条件时用A相电压），且大于整定值以满足动作条件，同时突加二次谐波和负序电压，让出口灯亮，以便检查转子二次谐波闭锁负序方向的作用。要求动作值与整定值误差小于5％。

（2）发电机解列状态下，负序电压定值整定测试

1）将转子二次谐波闭锁负序方向控制字清“0”。

2）将方式开关置“运行”位置，总清程序。

3）从机端电压端子加对称负序电压（或用A相电压，所加电压为整定值3倍），Iph=0；

4）突然加负序电压，让出口灯亮，要求动作值与整定值误差小于5％。

（3）发电机并列状态下，故障分量负序方向测试

1）从机端A相电流端子和A相电压端子加电流和电压模拟负序。

2）固定电流相位改变电压相位，突然同时加入电流、电压，让出口灯。

3）所加I2应大于I2set，Iph应大于Iphset；模拟正方向时，最好满足U2=I2Xs；模拟反方向时，最好满足U2=I2Xg。

4）突然同时加电流、电压，让出口灯亮，要求动作值与整定值误差小于5％。

5）根据动作区求出灵敏角（应为75°～85°）。

（4）动作时间测试

突然加1.2倍整定值的负序电流、电压值，出口灯亮，连续做3次记下动作时间值，要求动作值与整定值误差小于5％。

3.3发电机过电压

实验条件：定子过电压保护控制字置“1”投入。

实验方法如下：

（1）从U相电压端子加线电压，满足Uac＞Uset；逐渐升电压值达到保护启动。经t延时，到出口灯亮，记下电压值，要求动作值与整定值误差小于5％。

（2）电压元件时间测试。突然加1.2倍整定电压值经t延时，到出口灯亮，连续做3次，记下动作时间值，要求动作值与整定值误差小于5％。

3.4复合过电流保护

试验条件为：低压过电流保护控制字置“1”投入；从Uac相电压端子加线电压；从三相电流端子加电流。

试验方法如下：

（1）电流元件整定测试

1）在任一相电流输入端子外加电流，而不加电压；

2）由于低电压满足要求，因此只要逐渐加电流达到保护启动，经时间t延时，到过电流元件动作，出口灯亮，记下电流值，要求动作值与整定值误差小于5％。

（2）电压元件整定测试

1）在任一相电流输入端子加电流大于整定值；

2）机端AC电压输入端子加电压100 V；

3）由于电流满足要求，因此要求只要逐渐降低电压达到保护启动，经时间t延时，到低压过电流保护动作，出口灯亮，记下电压值，要求动作值与整定值误差小于5％。

（3）电流记忆测试

1）本保护可设置为带记忆的低压过电流保护，将带记忆，过电流记忆控制字置“1”投入；

2）在机端A、C电压输入端子加电压40 V；

3）在任一相电流输入端子突然加电流大于整定后立即退出；

4）由于过电流记忆作用，因此只要逐渐降低电压达到保护启动。经时间t延时，到低压过电流保护动作，出口灯亮，记下电压值。要求动作值与整定值误差小于5％。

（4）动作时间测试

不加电压，突然加1.2倍整定电流值经t延时，到出口灯亮，连续做3次记下动作时间值，要求动作值与整定值误差小于5％。

3.5发电机失磁保护

试验条件：失磁保护控制字置“1”投入；电压互感器断线保护控制字置“0”退出。

试验方法如下：

（1）静稳阻抗（带无功功率方向）边界判据测试

1）如有静稳阻抗Ⅱ段判据，将静稳阻抗Ⅱ段控制字清“0”；

2）用单相法测试；

3）从A相电压端子加Ua电压；

4）从A相电流端子加Ia电流（如2 A）；

5）固定电流相位，改变电压相位，测动作；

6）改变电压大小，测动作阻抗。

注意：阻抗圆特性只有三、四象限，一、二象限比无功功率方向元件去掉（无功功率方向范围-15° ～-165°左右）；阻抗受电压互感器断线闭锁，应做相应测试。

（2）转子低电压判据测试

1）动作方程Uf＜Kf（P-PT）；

2）在机端电压模拟量A相输入端子加电压UA，在机端（或中性点）电流模拟量A相输入端子加电流IA，并且电流IA超前电压UA30°左右，满足所加功率P=（IAUAcos30°）＞PT；

3）在转子直流电压输入保险端子Rf+与Rf-之间加直流电压100～200 V；

4）逐渐降低直流电压达到“转子低压信号”灯亮；

5）改变电流或电压对应不同的P，测出不同的动作电压值，记下电压值，要求动作值与整定值误差小于5％。

（3）系统低压判据测试

1）从系统三相电压端子并加三相系统电压60V；

2）逐渐降低电压达到保护启动，经t延时，到系统低压保护动作发信，记下电压值，要求动作值与整定值误差小于5％。

（4）静稳阻抗+系统低压判据测试

1）从系统三相电压端子并加三相系统电压10 V；

2）从A相电压端子加UA电压；

3）从A相电流端子加IA电流（如2 A）；

4）电流IA超前电压UA角度为90°左右，同时给上系统电压IA、UA达到失磁段保护Ⅰ段启动，经时间t1延时，失磁保护Ⅰ段动作出口，逻辑正确。

（5）静稳阻抗+转子低压判据测试

1）不加转子电压；

2）从A相电压端子加UA电压；

3）从A相电流端子加IA电流（如2 A）；

4）电流IA超前电压UA角度为90°左右，同时给上IA、UA达到失磁段保护Ⅱ启动，经时间t2延时，失磁保护Ⅱ段动作出口，逻辑正确。

（6）静稳阻抗Ⅱ段判据测试

1）强静稳阻抗Ⅱ段控制字（CⅡ：D7位）置“1”；

2）从A相电压端子加UA电压；

3）从A相电流端子加IA电流（如2A）；

4）电流IA超前电压UA为90°左右，同时给上IA、UA达到静稳阻抗Ⅱ段启动，经t3延时，静稳阻抗Ⅱ段动作出口，逻辑正确。

（7）动作时间测试

以上各动作逻辑，突然加0.8（或1.2）倍整定值经时间t1（或t2、t3）延时，到出口灯亮，连续做3次，记下动作时间值，要求动作值与整定值误差小于5％。

3.63U0定子一点接地保护

实验条件：将3U0定子接地保护控制字置“1”投入。

试验方法如下：

（1）电压元件定值测试

1）从开口三角电压端子加基波电压；

2）逐渐升电压值达到保护启动，经时间t延时，到信号灯亮，记下电压值，要求动作值与整定值误差小于5％。

（2）电压元件时间测试

突然加1.2倍整定电压值经时间t延时，到出口灯亮，连续做3次，记下动作时间值，要求动作值与整定值误差小于5％。

3.73U0发电机定子接地保护

实验条件：将3U0定子接地保护控制字置“1”投入。

试验方法如下：

（1）自适应式3U0定子接地保护测试

1）动作方程

式中k3——自适应跟踪系数；

k3w——3ω定子接地保护制动系数。

2）从机端三相电压端子加三相基波电压55 V；

3）从开口三角电压端子加三次谐波电压1 V；

4）从消弧线圈电压端子加三次谐波1 V；

5）开口三角电压不变，将消弧线圈电压突然降至0V后保护应该启动，经时间t延时，信号灯亮，逻辑正确，并连续做3次，记下时间值，要求动作值与整定值误差小于5％。

（2）绝对值比较式3U定子接地保护测试

1）动作方程

2）从机端三相锻压端子并加三相基波电压55V；

3）从开口三角电压端子加三次谐波电压1 V；

4）从消弧线圈电压端子加三次谐波电压1 V；

5）开口三角形电压不变，将消弧线圈电压逐渐降低达到保护启动，经时间t延时时，到信号灯亮，逻辑正确，并连续做3次，记下时间值，要求动作值与整定值误差小于5％。

3.8发电机转子一点接地保护

试验条件：将发电机转子一点接地保护控制字置“1”投入。

试验方法如下：

（1）接地电阻定值测试

1）将转子直流电压输入保险端子Rf+与Rf-之间短接；

2）在Rf+与Rf-之间短接点与发电机大轴端子之间接一可调电阻；

3）减少电阻值达到保护启动，经时间t延时，到信号灯亮，记下电阻值，要求动作值与整定值误差小于5％。

（2）发信号时间测试

突然加0.8倍整定电阻值经时间t延时，到信号灯亮，连续作3次，记下动作时间值，要求动作值与整定值误差小于5％。

3.9发电机定时限负载过电流保护

试验条件：将发电机负载过电流保护控制字置“1”投入；从三相电流端子加对称正序电流时，I2=0；改加负序电流正确动作。

试验方法如下：

（1）负序电流元件定值测试

1）在电流输入端子任一相加电流，模拟单相法试验；

2）负序电流为所加电流的1/3；

3）逐渐升电流值达到保护启动，经时间t延时，到出口灯亮，记下电流值，要求动作值与整定值误差小于5％。

（2）负载过电流时间测试

突然加1.2倍整定电流值，经时间t延时，到出口灯亮，连续做3次记下动作时间值，要求动作值与整定值误差小于5％。

3.10发电机定时限过负荷保护

试验条件：将发电机过负荷保护控制字置“1”投入；从三相电流端子加电流。

试验方法如下：

（1）过负荷电流元件定值测试

1）在电流输入端子任一相加电流，模拟单相法试验；

2）逐渐升电流值达到保护启动，经时间t延时，到出口（或发信号）灯亮，记下电流值，要求动作值与整定值误差小于5％。

（2）过负荷动作时间测试

突然加1.2倍整定电流值，经时间t延时，到出口（或发信号）灯亮，连续做3次，记下动作时间值，要求动作值与整定值误差小于5％。

3.11电压互感器断线保护

试验条件：将电压互感器断线保护控制字置“1”投入。

试验方法如下：

（1）保护整定测试

1）加三相电压，不加3U电压。同时在加三相电压50 V；

2）降某一相电压（如A相）达到保护启动，经时间t延时，出口信号灯亮（部分断线）或者断开一相电压（全断线）；

3）加某一相电压（如A相），同时加3U电压，电压互感器断线灯应不出口；

4）电压互感器两相断线应动作无异常。

（2）发信号时间测试

突降某一相电压（如A相）达到保护启动，经时间t延时，出口信号灯亮，连续做3次，记下动作时间值，要求动作值与整定值误差小于5％。

3.12电流互感器断线保护

对于发电机差动的电流互感器，因无三角形接法，且故障只有相间类型。故有：

则为A相断线；

则为B相断线。

则为C相断线

式中IdA、IDB、IdC——A、B、C相差流；

IA1、IA2、IB1、IB2、IC1、IC2——三相两侧电流

试验条件：将电流互感器断线保护装置字置“1”投入。

试验方法如下：

（1）保护定值测试

1）对于发电机差动保护电流互感器，则在任一侧任一相加电流（＞15％，＜12％）；

2）加电流达到保护启动，经时间t延时，出口信号灯亮（单相断线），此时加电流相为断线相。

（2）发信号时间测试

加电流达到保护启动，经时间t延时，出口信号灯亮，连续做3次，记下动作时间值，要求动作值与整定值误差小于5％。

4　结语

通过对微机型发电机保护的保护特性及逻辑回路检验的分析和研究，我们发现，计算机监控系统的安全可靠运行除了有稳定的运行软件和可靠的硬件之外，还与机组的运行环境有关。监控系统设计和调试的整定参数要随着机组运行环境变化而作及时、相应的调整或修改。此外，熟悉微机型发电机保护的保护特性及逻辑回路检验现场作业的方法和步骤是保证继电保护及安全自动装置安全可靠运行的重要环节。

［1］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB/T8564-2003水轮发电机组安装技术规范 ［S］.北京：中国标准出版社，2004.

［2］中华人民共和国电力工业部.DLT 596-2005电力设备预防性试验规程［S］.北京：中国标准出版社，1997.

［3］傅森林，吴玉泉.泉安水电站报废重建机组降压改造［J］.中国水能及电气化，2009（6）：51-53.

［4］张 巍，徐锦才，徐国君，等.水电站实时监控系统数据库的优化设计［J］.小水电，2004（4）：38-43.

［5］林益江，卢丽珍，张仁贡.中小型水电站计算机监控系统的故障分析与处理［J］.水电能源科学，2009（5）：275-278.

［6］张仁贡.水电站动力特性分析数据库系统的研究与应用［J］.水力发电学报，2010，29（4）：240-244.

［7］张 诚，陈国庆.水电厂电气二次设备检修［M］.北京：中国电力出版社，2011.

［8］万 波，王新鹏，张 明.工控组态软件CIMPLICITY及应用［J］.电力自动化设备，2002（8）：67-69.

TM774

A

1672-5387（2016）05-0017-05

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.05.007

2016-04-03

林益江（1964-），男，讲师，研究方向：电气设备控制。