发变组继电保护分析及失磁保护措施探究
2021-01-28
国能织金发电有限公司 贵州 毕节 552106
1 引言
在发电企业中,继电保护的主要作用就是在系统或设备出现故障时发挥其保护作用,将故障部位或设备隔离来保障其他设备和系统的正常运行。尤其针对发电企业中的发变组来说,也就是发电机-变压器组,其配置的保护类型较多,同时针对规模不断扩大的发电企业和电网系统,对发变组继电保护的要求也不断提高,需要更加科学的开展整定计算和保护配置工作。针对其中频率最高的发电机失磁问题,表现出感应电动势的减小以及发电机与系统之间功角的增加,从而影响发电机的安全稳定运行。为此文章就针对发变组继电保护和发电机失磁保护进行研究。
2 发变组保护原理
一是针对发电机的主保护也就是差动保护来说,主要是对机端电流互感器和发电机中心点电流互感器二次同名相的电流大小和相位对比来起到保护作用。二是针对逆功率保护来说,是一种保护汽轮机的保护方式,在发电机从系统吸收有功功率时切换为电动机运行方式来保护电动机。三是定子过电压保护,针对可以反映发电机极端电压大小的过电压情况,可以结合发电机绝缘情况将动作值设定为额定电压的1.5倍来起到保护作用。四是针对接地保护来说,针对接地故障发生时产生的接地电流,在过大时会在故障点形成电弧而烧坏绝缘和铁芯。还会由于没有及时发现绕组点接地而导致两点接地故障,引发匝间和相间短路,则需要通过接地保护来预防上述问题。
3 发变组继电保护配置及分析
3.1 发电机继电保护配置 目前针对发变组运行中容易出现的机组定子绕组和引发的相间短路故障,主要采用的发电继电保护为接地保护,避免发电机接地故障超过规定数值。而由于发变组中的发电机和变压器的结构较为复杂和特殊,增加了对发电机的继电保护配置难度。目前比较常采取主保护和后备保护装置来保障发电机和变压器的安全运行。同时为了避免出现发电机定子绕组的过电压问题,还采取了过电压保护。而针对发电机转子绕组接地故障则配置了转子接地保护。针对低励失磁故障则配置了失磁保护。此外,针对容量较大的发电机,为了避免出现系统震荡问题而影响机组安全还要配置失步保护,针对发电极低频或过频问题还要配置频率保护,针对发电机低速运行时的短路故障则需要配置启停机保护。
3.2 变压器继电保护配置 针对发变组中的变压器,需要结合其容量和常见故障来配置继电保护。比如针对变压器大电流接地系统侧绕组和引出线的短路故障配置差动保护,针对变压器外部故障配置了过电流保护或阻抗保护,针对变压器过负荷运行问题配置了过负荷保护。针对变压器过激磁运行问题配置了过激磁保护。还针对变压器运行中容易出现的内部绕组温升异常或者冷却系统故障则需要配置报警保护或者跳闸保护等。
4 发电机失磁保护及措施
4.1 发电机失磁危害 发电机失磁现象表现为全部励磁电流消失或者部分励磁电流消失,属于发电机运行中比较常见的故障类型,此故障所造成的危害主要体现在以下几个方面:一是由于发电机组运行中需要从电网中吸收感性无功公路,如果出现发电机失磁现象则会加剧电压下降情况而造成瓦解问题。二是发电机失磁现象会对相邻机组的运行情况造成较大影响,导致相邻机组和系统之间、系统不同部分之间的同步性较差,进而会降低发电机组的异步运行能力。此时如果伴随有发电机转子纵轴和横轴不对称的问题,还会增加机组振荡的概率,影响机组的安全运行。此外,此问题还会导致发电机在异步运行时等效电抗的降低,在不断吸收系统中的无功功率过程中会产生过电流,因此会引发定子过热问题。如果负荷比较重,更是会加剧发电机转矩和有功功率的摆动,这就会导致超过额定值的电磁转矩通过发电机轴和定子向机座上传递,进而会引发发电机周期性超速问题,导致发电机使用寿命缩短。
4.2 发电机失磁保护配置 目前比较常用的发电机失磁保护所依据的主判定依据有以下内容:一是依据发电机等励磁电压和变励磁电压等转子低电压判定方式。二是将机端低电压和主变高压侧低电压作为判定依据。三是将异步边界阻抗圆特性和静稳边界阻抗元特性等极端定子阻抗作为判定依据。四是将逆无功和定子过电流作为判定依据。此外,还有以下辅助判定依据:比如将发电机的机端与主变高压侧的短路故障、系统震荡现象等误动情况作为判定依据。在实际的判定过程中主要将上述主判定依据和辅助判定依据结合,比如将以下辅助判定依据与主判定依据结合,分别是有励磁电压降低;无功功率的方向改变以及不出现负序分量等。
此外,还会将失磁保护设置在部分保护中黄纸中,通常要设置3、4段选择不同判定组合的失磁保护,在不同类型的失磁保护中,都将AER作为重要部分,发挥其低励限制和保护功能。通过发电机失磁保护有助于促进二者配合并减少停机次数,保障发电机组的稳定与可靠运行。将二者结合的具体方式为:先发挥AER的限制作用,如果其无法恢复正常工况则会延时动作,如果延时之后还无法恢复,此时就会启动失磁保护。由于发电机定子绕组端的发热和发电机的静稳极限限制发电机在正常范围内的运行能力,这就需要采取试验方式来确定新建机组的发电进相范围。如果在发电机励磁电流下降时就会启动AER低励限制并帮助其回复正常,避免励磁电流继续下降。同时还可以使得所吸收感性无功功率的减少,减少停机次数,保障发电机以及整个电厂的稳定运行。
5 结语
在发电厂运行中针对其中比较重要的发电机和变压器,采取继电保护的方式有助于在出现系统和设备故障时保障其安全运行。但是由于发电机组容量的增加,给发变组继电保护的要求也随之提高,这就需要提升发变组继电保护的硬件水平,合理配置各种保护形势,有效保障发变机组以及整个电网和发电系统的安全和稳定运行。