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大型水轮发电机失步保护逻辑校验方式

2022-12-02李浩浩马小雯

水电与新能源 2022年9期
关键词:透镜定值校验

李浩浩,马小雯,陈 容

(中国长江电力股份有限公司乌东德水力发电厂,云南禄劝 651512)

当发电机正常运行时,发电机与电力系统的电动势以同样的工频角频率旋转,之间的相位差维持不变,发电机处于同步稳定运行状态。如果受到某种干扰,发电机与系统之间的电动势以不同的角频率旋转,线路两侧电动势相位差不断变化,此时称作发电机失步[1-2]。由于大型水轮发电机等值电抗较大,之相联的系统等值电抗却往往很小,一旦发生系统振荡,振荡中心往往落在发电机机端附近,使电力系统的稳定运行受到严重威胁,因此采取更为准确的校验方式,确保逻辑的正确性,可有效提高失步保护的正确动作率,及时切除失步运行的机组,降低对系统的影响[3]。

1 失步保护工作原理

以南瑞继电保护PCS-985GW保护装置为例,其失步保护阻抗元件采用发电机正序电压、正序电流进行逻辑计算,能够灵敏反映由各种故障导致的发电机失步运行工况。

保护采用三元件失步继电器动作特性如图1所示。

如图1所示,Za为阻抗透镜的上端阻抗;Zb为阻抗透镜的下端阻抗;Zc为阻抗透镜的电抗线阻抗。第一部分是透镜特性,它把阻抗平面分成透镜内的部分I和透镜外的部分O。第二部分是遮挡器特性,它把阻抗平面分成左半部分L和右半部分R。两种特性的结合,把阻抗平面分成四个区OL、IL、IR、OR,阻抗轨迹顺序穿过四个区(OL→IL→IR→OR或OR→IR→IL→OL),并在每个区停留时间大于一时限,则保护判为发电机失步振荡。每顺序穿过一次,保护的滑极计数加1,到达整定次数,保护动作。

第三部分特性是电抗线,它把动作区一分为二,电抗线以上为Ⅰ段(U),电抗线以下为Ⅱ段(D)。阻抗轨迹顺序穿过四个区时位于电抗线以下,则认为振荡中心位于发电机-变压器组内,位于电抗线以上,则认为振荡中心位于发电机-变压器组外。其逻辑图如图2所示[4]。

2 失步保护典型校验方法

根据失步保护工作原理,我们在校验失步保护时,需要确定透镜特性及电抗线的范围,当透镜内角及灵敏角确定时,只需校验Za、Zb和Zc的值与定值相符即可。在常规的逻辑校验中,通常有以下三种方式。

2.1 ±5%误差校验法

由于继电保护允许定值误差为±5%,因此我们在校验定值时,往往通过继电保护测试仪向保护装置输入95%倍定值的电气量,保护动作(不动作),输入105%倍定值的电气量,保护不动作(动作),由此可判断设备定值满足误差要求。在校验失步保护Za、Zb的值时,同样可以采取上述方法:用继电保护试验仪输出电压、电流至发电机保护盘相应机端PT、CT端子的内侧,保证电压和电流的比值分别为定值的95%倍及105%倍,电流的角度保持不便,改变电压的角度,从而得到机端视在阻抗随时间变化的轨迹图。以校验Za为例,通过上述方式得到的视在阻抗轨迹如图3所示[4]。

由图易得,当电压和电流的比值为95%Za时,其视在阻抗轨迹穿过了透镜特性,装置显示外部滑极计数加1;当电压和电流的比值为105%Za时,其视在阻抗轨迹绕过了透镜特性,装置显示滑无变化,从而可以准确校验出Za的值。

如果校验Zc仍采取该方式,显然易得95%Zc视在阻抗轨迹依次经过OL、IL、IR、OR四个区域,装置显示为区内滑级计数加1,但是105%Zc视在阻抗轨迹可能如图4所示的情况。

根据图4可以发现105%Zc视在阻抗轨迹虽然有一部分越过了电抗线,但仍然经过了OL、IL、IR、OR四个区域,装置显示同95%Zc的情况一样,区内滑级计数加1。因此±5%误差校验法只能准确校验Za、Zb,对于Zc的校验并不准确。

2.2 继电保护试验仪振荡模块校验法

该方法是使用继电保护试验仪的振荡模块,根据失步保护定值对相关参数进行设置,设定成功后,试验仪软件显示出振荡过程中机端视在阻抗随时间变化轨迹图,进而对失步保护进行测试。但是该方法对继电保护试验仪的要求较高,如果使用的继电保护试验仪不具备相关功能,则无法采取该方法校验失步保护逻辑,因此不具备泛用性[5]。

2.3 选点校验法

该方法是利用继电保护试验仪的状态序列模块进行调试。通常通过状态序列模块新建4个状态,每一个状态分别对应OL、IL、IR、OR四个区域中的某一个点,每个状态持续时间大于一时限,从而模拟阻抗轨迹顺序穿过四个区域,使装置滑极计数发生变化。但是该方法只是简单验证保护逻辑,并不能准确校验定值,通常只在年度检修时采用,当检修要求较高时并不适用[6]。

3 失步保护新型校验方法

为了解决±5%误差校验法无法准确校验电抗线阻抗Zc的问题,本文采取校验相交点阻抗Z′c的方式间接校验电抗线阻抗Zc,Z′c定义为电抗线与透镜相交点的阻抗,其示意图如图5所示。

采取±5%误差校验法对相交点阻抗Z′c进行校验,可得出105%Z′c轨迹和95%Z′c轨迹分别如图6所示。容易看出,105%Z′c轨迹经过了电抗线上方四个区域,但是电抗线下方只经过了OR和OL两个区域,装置显示外部滑极计数加1;95%Z′c轨迹经过OL、IL、IR、OR四个区域,装置显示为区内滑级计数加1。因此,±5%误差校验法可以准确校验Z′c。

接下来计算相交点阻抗Z′c的表达式,由定值可知透镜内角θ、Za、Zb、Zc的值,计算Z′c可以等效如图7所示,有:

OA=Zb,OC=Zc,OD=Za,Z′c=OF

由图易得:

通常情况下,透镜内角θ取120°,则上式变为:

在进行失步保护调试时,只需将定值单里Za、Zb、Zc的值代入,得到相交点阻抗Z′c的值,随即采取±5%误差校验法校验Z′c即可。

4 结 语

在调试失步保护时,对于阻抗透镜的上端阻抗Za、阻抗透镜的下端阻抗Zb均可使用±5%误差校验法进行校验,但是在校验电抗线阻抗Zc时应采取间接校验方式,校验相交点阻抗Z′c,才能保证校验结果的准确性。

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