电厂发变组继电保护分析及失磁保护

封景山

摘要：近年来随着社会用电需求的不断增大，电力工程建设数量也逐渐增多。电力系统的安全稳定运行对我国经济发展具有直接影响，而继电保护是电力系统安全稳定运行的有效保障。一旦电厂的继电保护装置出现问题可能会损坏设备，威胁电厂的安全稳定运行。在我国经济发展的过程中，合理配置和计算电厂内发变组的继电保护也就成为需要重视的内容。本文就电厂发变组继电保护分析及失磁保护展开探讨。

关键词：发变组;继电保护;失磁保护

引言

发电机励磁系统具有完善的励磁电流、发电机电压和发电机过励等保护限制措施。而发变组保护主要包括励磁绕组过负荷以及发电机过电压等。为确保机组正常运行，需要对励磁调节器以及发变组的参数进行优化，最终实现完美的配合。

1发变组保护

（1）发电机差动保护。差动保护是发电机的主保护，通过比较机端电流互感器与发电机中性点电流互感器二次同名相电流的大小及相位来实现。发电机中性点一般不直接接地，当发生区内故障时，有差动保护动作。（2）发电机逆功率保护。当发电机不是向电网输送而是从系统中吸收有功功率时，此时发电机运行方式转换成电动机，这种情况下不会对发电机造成损坏，但是汽轮机鼓出风的摩擦可能导致机尾叶片过热，对汽轮机造成破坏，因此逆功率保护是用于保护汽轮机。（3）发电机定子过电压保护。定子绕组过电压反应发电机机端电压的大小，以保护发电机定子的绝缘。根据发电机的绝缘情况，其动作值一般取1.5倍额定电压。（4）定子接地保护。定子发生接地故障后，故障点、对地电容、定子绕组与中性点构成的回路流过接地电流。当接地电流过大时，故障点形成电弧，产生的高温会破坏绝缘与铁芯。绕组点接地若没有及时发现，发展成两点接地故障时，就会产生匝间或相间短路故障，会导致发电机发生更严重的后果。因此发电机需要装设性能可靠、灵敏度高的接地保护。（5）发电机过负荷保护。发电机过负荷保护反应发电机定子热积累的过程。发电机过负荷保护还包括定时限保护，一般设定为超过5秒动作于信号。发电机过热性能较差，承受非对称运行能力低，需要采取适应发电机的反时限过负荷保护。当电流较小时，保护跳闸时限较长;当电流数值较大时，保护能够在更短的时间跳闸。（6）发电机失磁保护。发电机励磁系统非常复杂，失磁概率相对较高，一旦发生发电机失磁，会对系统造成危害。发电机失磁后，发电机定子和转子发生过热现象。因此，对于大型发电机都要配置专门的失磁保护。（7）发变组过激磁保护。变压器过激磁运行时，变压器铁芯会趋于饱和，励磁电流急剧增加，同时波形产生畸变，变压器内部损耗增大、温度升高，严重时可能发生铁芯变形和绝缘介质损伤。为确保变压器的运行安全，配置变压器过激磁保护。

2发电机的失磁危害

发电机的全部励磁电流或者是部分励磁电流消失的现象被称为失磁，引起发电机失磁的原因主要有：励磁机故障、转子绕组故障以及误操作、励磁系统中部分元件损坏等等。发电机失磁属于发生频率较高且影响严重的故障问题，发电机失磁故障对电网的运行及发电机的正常运转都有重要影响。一方面发电机机组需要在电网中吸收更多的感性无功功率，这也就容易使得系统电压下降的情况更加突出，另外电力系统会造成电压下降较多而出现瓦解的现象，另一方面，失磁的发电机容易对系统中相邻机组的运行情况造成比较大的影响，从而使得相邻机组和系统间及系统各部分间的同步性不足。失磁情况下发电机组异步运行能力受到一定程度上的限制。发电机转子如果发生纵轴和横轴方面不对称的情况，也容易造成机组振荡的情况，对机组安全运行造成威胁。此外，发电机失磁还会对发电机本身造成一定的影响，失磁的发电机在异步运行后，发电机的等效电抗降低，不断地在系統吸收无功功率，产生的过电流导致发电机出现定子过热现象。重负荷失磁后，导致电机的转矩以及有功功率发生剧烈摆动，这时就会有超过额定值的电磁转矩通过发电机轴、定子传到机座上，导致发电机周期性的超速运行，损坏发电机寿命。因此对发电机，尤其是大容量发电机需要加强失磁保护，避免发电机发生失磁故障的情况，

2.2发电机的失磁保护

2.2.1失磁保护配置方案

发电机失磁保护配置方案选用转子低电压判据Ufd、低阻抗判据Z<、系统低电压判据，三种失磁保护主判据，并采用PT断线闭锁作为辅助判据，构建更加完善的低励失磁保护方案。除了上述失磁保护配置方案之外，现阶段广泛应用于大型火电发电机组的失磁保护配置方案还有静稳边界圆发信、异步圆跳闸、低励失磁保护等。低励失磁保护方案主要考虑到转子低电压判据灵敏度太高，容易产生误动。静稳圆与异步圆的方案原理基本一致，反映的都是机端感受阻抗，只不过静稳边界圆相对异步圆的灵敏度更高，其动作速度也更快。假如采用静稳边界圆发信再到减出力或采取措施就很难让励磁恢复正常，停机事故难以避免。此外，静稳圆、异步圆均采用定子侧判据，可靠性不足。而转子侧判据是最直接的，任何低励失磁故障均先来自转子侧再影响定子侧最后波及系统侧。

2.2.2发电机失磁保护与励磁系统限制器的配合

励磁系统限制器和发电机失磁保护联系紧密，这两组保护需相互配合才能发挥保护作用。一旦发电机失磁保护与励磁系统限制器之间的配合不合理，将可能造成失磁保护误动。当机组负荷较轻时，失磁保护误动的概率大大增加。失磁保护是指发电机出现失磁现象以后，系统的测量机端阻抗进入异步圆的情况，其中减出力和厂用电间的切换是最主要的动作发生形式。当低励限制作用发挥时，励磁电流就会比之前降低，当这个电流值达到限制值增加和降低时励磁电流处的励磁电流值，运行机组的极限值就会比静稳时的极限值更小。而通过确保发电机失磁保护和励磁系统限制器配合，就可以避免这种情况的发生。发电机失磁保护和励磁系统限制器配合需要遵循一定的原则，发电机从失磁转变成失稳时，测量机端的阻抗和功率都会变到限制低励区的范围之内，从而得到失磁保护圆。对发电机进行反复的试验，可以获得更多的信息，根据低励磁的限定信息进行制定图表。将低励曲线的限制定值向下平移，大约10%的额定发电机处于无功的状态。将静态系统的储备数值主要控制在10%～20%之间，参照误差在5%～10%之间，设置可靠的系数标准数值，在这种情况下就可以得到相应的失磁曲线发电机边界静稳圆曲线。低励发电机的限制定值跟失磁保护的静稳圆特点，其二者在P-Q内相互融合匹配，当发电机出现低励或者失磁这一极端情况时，最开始会出现低励的限定行为。其二者的行为特点匹配良好，裕度良好。

结语

继电保护在火电厂的实际运营中具有重要的作用，加强继电保护是当前电厂工作人员的责任。在我国电力装置容量逐渐增大的情况下，发表组的继电保护也受到较大影响，发展过程中面临着一定的挑战，这也就需要有效加强发变组继电保护的工作的开展，使发变组的硬件装置水平得到显著提升。并结合理论与实际经验阐述发变组继电保护的相关内容，且关注失磁保护的相关内容，概括得出发变组继电保护的相关注意事项和配置的保护形式，同时分析发电机失磁保护的判定依据，从而得出保障机组及电网安全和稳定运行的相关模式。

参考文献：

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