大型发电厂发变组保护整定分析

王晟

摘要：受难度较大的发电机故障判别影响，较为复杂的发变组保护整定计算很容易对大型发电厂的安全稳定运行造成影响，特别是在新机组建设中尤其重要，为解决相关问题，近年来相关研究大量涌现。基于此，本文将围绕大型火力发电厂发变组保护一些特有保护功能的配置整定进行研究，并深入探讨大型火力发电厂发变组保护配置要点，希望研究内容能够起到一定的指导作用。

关键词：大型发电厂;差动保护;整定

前言：火电机组属于现阶段我国电能的主要来源，对于容量不断增加的单台机组来说，不断发生变化的机组设备状况和需要保护内容带来的影响较为深远。一般情况下容量越大的单台机组存在越低的可用率和越差的稳定性，同时存在更多的故障点，大型发电厂发变组保护整定因此面临的挑战必须得到重视。

1. 大型火力发电厂发变组保护配置整定分析

1.1发电机失步保护整定分析

受不断扩大的送电网络影响，与变压器单元制接线的发电机会导致存在相对增大的变压器和发电机阻抗值，并同时出现下降的系统等效阻抗值，这会导致升压变压器或发电机端范围很容易出现振荡中心，机组受到的振荡过程影响会因此加重。对于周期性严重下降的机端电压来说，其会直接威胁发电机组安全运行，严重时甚至可能引发损坏问题，如可能导致出现扭转振荡的汽轮发电机轴，机械损伤的大轴可能引发生产事故。对于机端附近的振荡中心，存在接近机端三相短路电流的流过发电机最大振荡电流，反复长时间出现的该电流会导致发电机定子绕组发热，电磁力作用下出现机械损伤的发电机端部将带来一定负面影响。属于周期性扭力振荡时轴会严重损伤大轴，导致其运行寿命缩短，转子绕组则会在周期性变化的滑差影响下出现感应电流，进而导致转子发热，而系统与大型机组的震荡则可能导致系统崩溃或解列。因此，大型发电机的失步保护装设极为关键，通过对失步故障的及时检测和处理，电力系统及机组的安全运行即可得到保障[1]。

发电机失步保护整定需关注失步时发电机的电气量变化与机端测量阻抗，大型发电厂发变组存在的不同失步保护判据和失步保护出口逻辑也需要得到重视。以采用 系列发变组的某大型火力发电厂为例，发电机的额定功率、额定容量、功率因数分别为350MW、412MVA、0.85，转子和定子的额定电压分别为368V、20kV，冷却方式分别为氢内冷、水氢氢，转子的额定励磁电流、定子的额定电流分别为2897A、11887A。在案例火力发电厂的发电机失步保护整定实践中，首先需要开展系统联系电抗计算，通过计算求得了发电机的系统联系电抗标幺值、主变电抗、暂态电抗，分别--3.9Ω、3.5Ω、0.0223Ω，最大灵敏角取80°～85°（实际为84°）。在α角的整定过程中，基于发电机最小负荷阻抗等参数，可得到120°的取值，该值决定复数平面横轴方向给定条件下透镜的宽度，即透镜形状。选择0.9倍的变压器阻抗作为失步振荡中心分界线，即电抗线，具体为1.9Ω。由于电流变小时装置自动选择作用于跳闸，对于作为辅助判据的跳闸允许电流定值，具体选择需以断路器允许遮断容量为依据，即50k A，由此开展计算可得到25A的跳闸允许电流。最终开展失步保护滑极定值整定，区内的振荡中心需开展1次滑极整定，且失步保护动作于跳闸。区外的振荡中心需开展2～15次的滑极整定（实际5次），失步保护动作于信号，同时设置全停、启动失灵的出口方式。

1.2发电机失磁保护整定分析

对于采用电磁感应的同步发电机来说，转子电流在发电机中负责产生电磁场。为实现电能的产生，同步发电机需要得到励磁系统支持，而对于出现故障的励磁系统，故障原因必须第一时间确定和排除，电力系统的安全稳定运行可更好得到保障。在实际运行中，突然部分或全部消失的发电机的励磁将引发故障，失步的发电机可能进入异步运行状态并最终造成严重后果。作为常见的发电机故障形式，励磁系统环节较多的大容量机组很容易出现低励和失磁故障，并导致定子回路参数变化，由于这种故障较为常见，其属于主要制约同步发电机单机容量增大的原因。励磁系统故障、回路故障、自动灭磁开关跳闸、转子绕组故障均属于引发故障的主要原因，因此必须设法提升励磁保护与控制水平。具体的发电机失磁保护整定需关注机端测量阻抗分析、失磁保护构成、发变组失磁保护判据和失磁保护出口逻辑[2]。

仍以上文提及的大型火力发电厂为例，对于发电机失磁故障检测，需关注异步边界圆动作判据，具体整定需基于发电机同步电抗标幺值、暂态电抗、额定视在功率、额定电压等进行计算，可确定发电机机端测量阻抗Z1、Z2分别为-1.9Ω、-31.6Ω，同时根据允许的进相運行无功整定，需结合最大进相无功功率、可靠系数、额定有功容量，重新整定需要在进相无功测定后开展;转子电压判据中的励磁低电压判据为90V，同时可根据发电机当前有功功率、发电机凸极反应功率、系统联络阻抗标幺值、发电机同步电抗等参数确定转子电压判据系数动作判据，最终可求得结果为1.98;对于取自发电机机端电压的机端低电压判据，整定按照（0.85～0.9）Un开展，具体值为85V;对于采用有功功率判据的减出力，按照（40～50）%机组额定容量整定，实际为291.6W。

2. 大型火力发电厂发变组保护配置要点

对于单台机组容量不断增大的电力系统来说，多样化的故障类型带来的影响日渐提升，为保证其安全稳定运行，继电保护装置的科学装设极为关键，双重化配置的继电保护装置属于其中代表，故障和异常运行时主设备的经济损失和损坏几率均可随之降低。因此，电力主设备保护设计需遵循相关规程要求，并关注保护在设备选型、原理接线、配置等方面，以此结合主设备的结构特点和运行工况、保护设备的一次接线、电气主接线，实现继电保护四性要求的满足。如存在产生矛盾的选择性和灵敏性，灵敏性需首先满足，否则装设保护的意义将丧失。如存在产生矛盾的选择性与快速性，选择性需首先满足，必要时可考虑采取补救措施并设置快速无选择性动作。为提升电力系统稳定性，必须快速切除机组故障。以机组发热为例，为避免发电机损坏，出现故障的机端需保证故障能够在百毫秒级内完成切除，因此保护正确快速动作必须设法得到保障，同时需设置双套快速保护。一般采用发电机变压器组、升压变压器、发电机的差动保护，实现双重快速保护的构成，存在伸至电流互感器（高压母线侧）的保护区。受到保护范围影响，存在死区的断路器和变压器高压侧之间需另外设置一套全阻抗保护，为保证其实现不小于1.25灵敏系数的可靠动作整定，应取0.5～1s的动作延时，以此做到延时躲过振荡;也可以将电流速断保护装设于发电机中性点侧，对发电机、发电机到变压器引线及一部分变压器实现双重快速保护设置。发电机端两相短路时，复合电流速断保护需要实现机组安全整定的保障，为实现振荡的躲过，振荡闭锁装置多数情况下不装设，采用增加整定值和0.5s的短时限躲过振荡。还需要将全阻抗及高压母线后备保护设置于变压器高压侧，母线短路时动作阻抗需实现可靠动作整定，为延时躲过振荡，整定条件需存在不小于1.25的灵敏系数，需基于确保机组安全确定高压侧母线短路时的时间整定，一般为0.5～1s[3]。

结论：综上所述，大型发电厂发变组保护整定需关注多方面因素影响。在此基础上，本文涉及的发电机失步保护整定分析、发电机失磁保护整定分析、大型火力发电厂发变组保护配置要点等内容，则直观展示了大型发电厂发变组保护整定路径。为更好保证大型发电厂的安全稳定运行，新型发变组保护装置的科学应用同样需要得到重视。

参考文献：

[1]朱广征.大屯发电厂发变组继电保护试验[J].现代工业经济和信息化，2020，10（07）：152-153.

[2]李由.励磁系统限制器与发变组保护定值的配合问题[J].科技风，2020（04）：171.

[3]陈明. 发变组继电保护分析及失磁保护研究[D].华中科技大学，2017.