汽轮发电机组继电保护运行问题分析

刘 志

(重庆发电厂，重庆 400053)



汽轮发电机组继电保护运行问题分析

刘 志

(重庆发电厂，重庆 400053)

根据当前大中型发电机组继电保护装置的配置及运行情况，分别就发电机失磁保护，零序电压定子绕组接地保护等装置在投运后，因设计、整定考虑不周或运行维护不到位，致使保护装置不能正确反应机组异常运行情况或拒动问题，提出改进建议。

发电机组；保护；问题；浅析

发电机组的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性作用。针对发电机各种不同故障形式和异常运行方式，应装设性能完善的保护装置来切除各种故障以及反映各种异常运行方式，从而减少对发电机及电力系统的损害。因此，作为机组内部故障及异常运行的保护装置，应精心设计并完善保护配置，认真整定和严格按标准调试，确保机组保护正确动作。

1 发电机-变压器组保护配置情况[1]

大机组电气保护可以分为短路保护和异常运行保护。因此，在配置大机组保护时应最大限度地保证机组安全和最大限度地缩小故障破坏范围，避免保护装置误动和拒动。

1)发电机组的短路保护：发电机差动保护、主变差动保护、高厂变差动保护、励磁变差动保护、发电机定子匝间保护、主变零序保护、全阻抗保护、发电机励磁回路两点接地保护、高厂变复压过流保护、励磁变复压过流保护等。

2)发电机组的异常运行保护：发电机定子接地保护、过激磁保护、对称过负荷保护、不对称过负荷保护(负序过负荷保护)、发电机失磁保护、低频保护、发电机过电压保护、发电机失步保护、发电机逆功率保护、断路器失灵保护、发电机非全相运行保护、励磁回路过负荷保护、发电机转子一点接地保护、发电机意外突加电压保护等。

3)发电机组的非电量保护：变压器瓦斯保护、主变冷却器全停、变压器压力释放、变压器绕组温度、热工保护等。

2 发电机失磁保护

发电机失磁保护是发电机异常运行保护，如果发电机在重负荷下失磁，则有功会剧烈波动，发电机转差增大，致使转子超速。若不采取有效措施，一方面发电机将因转子与定子间出现速度差，在转子回路中感应出转差频率的电流，引起转子局部过热，发电机还会受到交变的异步电磁力矩的冲击，进而发生振动，转差越大，振动也越大；另一方面发电机失磁后从系统中吸收无功，将造成系统电压下降，而且为了满足系统无功需求，可能造成系统中其他发电机过流。因此，发电机失磁后应立即减发电机出力，根据部分机组运行试验的结果，要求发电机在失磁30 s内将有功减至0.6标么值，2 min内将有功减至0.4标么值[3]。这对自动减负荷装置要求较高，特别对运行较久的机组来说实行起来较困难。

1) 发电机失磁保护的构成

某发电机失磁保护的逻辑框图如图1所示。该保护装置中，采集了发电机机端电压、电流，发电机励磁电压以及系统电压。其判据有UL-P元件、机端阻抗元件、电流元件、系统低电压元件。

图1 发电机失磁保护的逻辑框图

2) 保护动作行为分析

在设计保护装置的安装接线图时，将T1设为发信，T2设为切换厂用电，T3设为出口解列。由于系统容量不断增大，各系统间联系又很紧密，即使出现较大容量的单机失磁也不会造成系统电压大幅度下降。按上述接线方式进行的失磁保护动作出口后不会解列机组。如果机组减出力较慢，就会使转子滑差增大，致使转子超速。在此过程中有功会剧烈波动，这种情况下汽机超速保护动作关闭主汽门，发电机逆功率保护动作解列机组。

3) 发电机失磁保护的出口方式

在发电机失磁保护整定中考虑以下几个因素：

①处于负荷中心的发电厂，发电机的失磁保护宜设计I段不经低电压闭锁，而由阻抗继电器和其他判据(如转子低电压)“与”后延时出口跳闸。

②失磁保护应在较短时间内切换厂用电，以防止机组失磁运行造成厂用设备故障。

③应认真校核发电机失磁保护的整定范围及低励限制特性，防止发电机进相运行时失磁保护误动作。

3 发电机定子单相接地保护

发电机定子单相接地是发电机较常见的故障之一，由于发电机中性点不接地或经高阻抗接地。因此，在发电机定子单相接地时不会出现较大的故障电流。然而，随着单机容量的增大，为了防止定子单相接地时电容电流烧伤定子铁芯以及接地故障扩大为相间或匝间短路，现行运行中的发电机定子单相接地保护，大部分采用基波零序电压和三次谐波构成定子100%接地保护。

3.1 基波零序型发电机定子单相接地保护的构成

某基波零序型发电机定子单相接地保护的逻辑框图如图2所示。该保护装置采集了发电机机端零序电压和发电机中性点零序电压，其判据有基波零序电压元件和三次谐波元件。

图2 基波零序型发电机定子单相接地保护的逻辑框图

3.2 影响保护装置的有关问题

3.2.1 防止基波零序电压元件拒动

由图2可知，基波零序电压取自中性点TV或配电变压器二次侧，虽然没有熔断器故障的问题出现，但是在中性点TV或配电变压器的一次侧有隔离开关存在，机组正常运行中无电气量或开关状态可监视中性点TV或配电变压器的一次侧是否接触良好。因此，机组停运后应加强检查，防止因为隔离开关未合上或接触不良造成基波零序电压元件拒动。

3.2.2 防止基波零序电压元件误动

在整定中，往往希望基波零序电压接地保护有很大的保护区，将零序电压动作值整定较小，在下列情况下保护装置有可能误动作。

1)大型机组一般采用单元制接线，在变压器高压侧发生不对称接地短路时，由于变压器高、低压侧间耦合电容的存在，会将基波零序电压传递到机端，从而出现零序电压，若大于保护装置定值时，保护误动作。

2)在厂用系统发生单相接地时，由于厂用变压器高、低压侧间耦合电容的存在，会将基波零序电压传递到机端，从而出现零序电压，若大于保护装置定值时，保护误动作。

3)发电机三相对地电容不等，机组正常运行时，造成中性点电位位移，可能使保护装置误动作。

因此在整定时，整定电压与延时两个方面要考虑与系统接地保护配合。

3.2.3 基波零序电压整定值的设置为低定值段和高定值段[2]

1)低定值段

按躲过发电机正常运行时出现的最大不平衡基波零序电压整定。

Uop=KrelU0.max

式中：Krel为可靠系数，取1.2～1.3；U0.max为实测不平衡基波零序电压。并应考虑以下问题：

①若该整定电压已躲过主变压器高、低压侧间耦合到机端的基波零序电压，动作时限可取0.3～1 s；

②具有变压器高压侧发生接地故障和厂用系统发生单相接地故障传递过电压防误动措施的保护装置，动作时限可取0.3～1 s；

③若该整定电压低于主变压器高、低压侧间耦合到机端的基波零序电压，动作时限应与变压器高压侧接地保护配合。

2)高定值段

按躲过传递过电压整定，可取(15%～25%)Uon，时限可取0.3～1 s。

3.2.4 三次谐波保护反映发电机中性点故障

在靠近发电机中性点发生接地故障时，基波零序电压保护不能动作。因此，通过三次谐波保护来反映发电机中性点故障时，这样由基波零序电压保护和三次谐波保护构成定子线圈的100%接地保护。三次谐波保护宜投信号，基波零序电压保护投跳闸。

3.2.5 设置TV断线闭锁元件

如果基波零序电压取自于发电机机端,虽然不存在中性点TV或配电变压器一次侧隔离开关接触不良的情况，但会出现TV一、二侧断线。因此，该装置必须设置TV断线闭锁元件，且TV断线闭锁元件应能反映TV一、二次断线。某发电厂出现过在设计TV断线闭锁装置接线时出错，导致在发电机定子绕组接地时，TV断线闭锁元件误动，致使保护拒动的事故发生。

因此，不论采用何种方式实施保护功能，应认真分析其构成原理，才能确保继电保护装置可靠运行，正确反应故障情况。

4 结束语

大型发电机—变压器组配置的保护装置，应确保在机组保护范围内任意一点发生各种故障时，均有不同原理的保护装置，且具有高灵敏性，并能快速、可靠、选择性地切除故障。机组在正常运行中发生任何异常情况，应有保护装置动作，发出信号告知值班人员及时处理，防止事故扩大。目前，机组主保护原理已相当成熟，人们对此已有高度的重视，而对于机组的异常运行保护，人们在重视程度上略有欠缺，因此，在设计、整定、现场运行及维护上可能会出现一些失误。笔者列举了部分事例进行了分析，并提出了改进建议。

[1] 王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京：中国电力出版社，1996.

[2] 国家能源局.大型发电机变压器继电保护整定计算导则：DL/T 684—2012[S].北京：中国电力出版社，2012.

[3] 王梅义，吴竟昌，蒙定中.大电网系统技术[M].2版.北京：中国电力出版社，1995.

[4] 国家电力调度通信中心.发电机变压器继电保护应用[M].2版.北京：中国电力出版社，2005.

Problem Analysis of the Relay Protection Operation of the Steam Turbine Generator

LIU Zhi

(Chongqing Power Plant of Shenhua Group Corporation Ltd.，Chongqing 400053，P.R.China)

Based on the configurations and operating conditions of relay protection devices of large and medium-sized generator units，this paper analyzes the problems of the protection devices such as incorrect indications of abnormal operation of the units as well as failures caused by deficiencies in the design，consideration and operating maintenance during the operation of the field loss protection device of the generator and the zero sequence voltage stator winding grounding protection device．In addition，it presents relevant suggestions for improvement．

generator unit；protection；problems；analysis

2016-05-06

刘 志(1964-)，高级技师、工程师，主要从事继电保护及电气自动化技术管理工作。

TM774

A

1008- 8032(2016)05- 0047- 03