石家莊良村熱電有限責(zé)任公司 張紅雷

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)與勵(lì)磁調(diào)節(jié)器過勵(lì)限制保護(hù)配合分析

石家莊良村熱電有限責(zé)任公司 張紅雷

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)與勵(lì)磁調(diào)節(jié)器過勵(lì)限制保護(hù)正確的動作配合關(guān)系是勵(lì)磁調(diào)節(jié)器過勵(lì)限制保護(hù)應(yīng)先于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)動作。本文通過對石家莊良村熱電有限責(zé)任公司的2x300MW發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)地問題，進(jìn)行了相應(yīng)的計(jì)算、試驗(yàn)和分析。提出國電南自DGT801—B的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)存在的缺陷及解決辦法。

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組負(fù)荷保護(hù)；過勵(lì)限制；標(biāo)么值

石家莊良村熱電有限責(zé)任公司為2x300MW發(fā)電機(jī)組。發(fā)變組保護(hù)使用地是國電南自DGT801-B保護(hù)裝置，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)使用的電流為交流，來自勵(lì)磁變低壓側(cè)TA，保護(hù)有定時(shí)限和反時(shí)限兩部分組成，定時(shí)限報(bào)警，反時(shí)限動作出口方式為解列滅磁。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的型號為國電南瑞NES-5100，勵(lì)磁方式為自并勵(lì)，可控硅整流。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器過勵(lì)限制為反時(shí)限，1.1倍270S，強(qiáng)勵(lì)2倍10S，1.05倍可以長期運(yùn)行。

一、發(fā)現(xiàn)的問題

在機(jī)組運(yùn)行中，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)窗口里顯示地轉(zhuǎn)子電流在不停的、有規(guī)律的、上下波動，比實(shí)際值向上約10%，向下約5%，在偏大部分要比偏小部分停留時(shí)間長，且波動到最大值時(shí)停留時(shí)間超過1S。此保護(hù)使用電流為勵(lì)磁變低壓側(cè)TA。對比觀察其他使用勵(lì)磁變低壓側(cè)TA的裝置，如：勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中轉(zhuǎn)子電流，無波動；發(fā)變組故障錄波器中勵(lì)磁變高壓側(cè)電流，無波動。查發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓正常，無波動；使用鉗型電流表（0.2級）在發(fā)變組保護(hù)柜內(nèi)測量轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)中的轉(zhuǎn)子電流，無波動。因此，判斷為發(fā)變組保護(hù)裝置內(nèi)部問題。表1為在不同轉(zhuǎn)子電流值下的數(shù)據(jù)記錄：

由上表的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)中電流波動的最大值和最小值與勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中電流（即實(shí)際轉(zhuǎn)子電流）成線性比例關(guān)系，向上成比例波動到最大約10%，向下成比例波動到最小約5%。經(jīng)過查證此波動是因勵(lì)磁變電流中存在很大諧波。

此波動在正常運(yùn)行時(shí)，由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流小，距離保護(hù)動作值較遠(yuǎn)，所以，轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)不會誤動。但是在發(fā)電機(jī)過勵(lì)狀態(tài)或強(qiáng)勵(lì)時(shí)，因轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)中電流較大，從而會使轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)反時(shí)限動作曲線改變。可能導(dǎo)致發(fā)變組轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)先于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器過勵(lì)限制動作，造成誤停機(jī)的嚴(yán)重后果，以至于影響電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。

表1

表2

表3

表4

表5

表6

二、試驗(yàn)、分析

1.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)

我廠發(fā)變組保護(hù)使用地是國電南自DGT801—B保護(hù)裝置。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)，采用反映交流勵(lì)磁回路的電流，即勵(lì)磁變低壓側(cè)三相TA電流。反時(shí)限過負(fù)荷保護(hù)動作出口方式為：解列滅磁。

圖1 動作邏輯框圖

動作方程：

IF＞I IF最大勵(lì)磁變低壓側(cè)三相TA電流值；I為定值

（IF*2—K2）t＞K1、IF*—勵(lì)磁變低壓側(cè)三相TA電流標(biāo)么值

動作邏輯框圖見圖1。

保護(hù)定值為：

序號 定值名稱 定值范圍 整定值1 動作電流Igs 0.1-60 0.5A 2 動作延時(shí)t11 0.1-100 1.0s 3 動作延時(shí)t12 0.1-100 5.0s 4 額定電流IN 0-8 0.453A 5 下限電流IS 0.1-80 0.51A 6 下限延時(shí)TS 0.1-5000 120s 7 上限電流IUP 0.1-80 1.0A 8 上限延時(shí)tUP 0.1-100 1.0s 9 熱值系數(shù)K1 0-50 31.2 10 散熱系數(shù)K2 0-2 1.1

1）交流回路精度校驗(yàn)見表2。

2）轉(zhuǎn)子過負(fù)荷反時(shí)限保護(hù)，通過動作方程和保護(hù)定值得到計(jì)算值和試驗(yàn)值如表3。

從上面的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出，保護(hù)裝置的電流采樣精度合格。用繼保儀加基波電流時(shí)，從發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)窗口里觀測，電流無波動。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子過負(fù)荷保護(hù)動作曲線，滿足設(shè)計(jì)要求，且符合《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程GB/T14285-2006》及《同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)及大、中型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)要求GB/T4096.3-2007》中對勵(lì)磁系統(tǒng)頂值電流應(yīng)不超過2倍額定勵(lì)磁電流，時(shí)間不小于10秒的要求。

2.勵(lì)磁調(diào)節(jié)器過勵(lì)限制

我廠勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為國電南瑞NES-5100，勵(lì)磁方式為自并勵(lì)。勵(lì)磁調(diào)節(jié)器過勵(lì)限制為反時(shí)限，1.1倍270S，強(qiáng)勵(lì)2倍10S。1.05倍可長期運(yùn)行。

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器過勵(lì)限制反時(shí)限定值及試驗(yàn)值如表4。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器過勵(lì)限制符合《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程GB/T14285-2006》5.6.1及《同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)及大、中型同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)技術(shù)要求GB/T4096.3-2007》5.4勵(lì)磁系統(tǒng)頂值電流應(yīng)不超過2倍額定勵(lì)磁電流，時(shí)間不小于10秒的要求。

3.分析

把發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器過勵(lì)限制試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比見表5。

通過分析可以看出，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)與勵(lì)磁調(diào)節(jié)器過勵(lì)限制保護(hù)動時(shí)間作配合地很好，說明發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)在基波電流下工作正常，符合設(shè)計(jì)要求。

上面為在試驗(yàn)狀態(tài)下得到的結(jié)論，輸入為無擾動的基波電流。而實(shí)際上，我廠發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)里的電流在不停地波動。那么，在此狀態(tài)下，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)反時(shí)限動作曲線會怎樣呢？由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)里的轉(zhuǎn)子電流波動到最大電流值、最小電流值與實(shí)際電流值成線性關(guān)系，我們隨機(jī)抽取一點(diǎn)進(jìn)行分析既可，例如表6這一點(diǎn)：

波動地過程為：0.3 0.307 0.316 0.327 0.335 0.345 0.349 0.351等數(shù)值間做循環(huán)運(yùn)動。從中可以看出，在大于部分?jǐn)?shù)值多，時(shí)間長。

為了利于分析，我們可以把保護(hù)采到的電流分為三部分即：(1)小于實(shí)際電流部分；(2)等于實(shí)際電流部分；(3)大于實(shí)際電流部分。

由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷實(shí)際是一個(gè)熱積累地過程，是用積分方法計(jì)算出來地，即從IF>0.51（反時(shí)限下限電流值）時(shí)開始計(jì)算，當(dāng)熱累積值達(dá)到定值時(shí)，反時(shí)限動作。那么，對動作時(shí)間產(chǎn)生影響可分為兩方面，即電流值的大小和在此電流值下的停留時(shí)間長短。電流值大、停留時(shí)間長，則動作時(shí)間短。下面就電流波動帶來地影響從這兩方面分別進(jìn)行分析：

(1)電流幅值

1)當(dāng)IF小于實(shí)際電流時(shí)，則使動作時(shí)間t變大，由于向小于實(shí)際電流方向波動地幅值較小(5%)，影響較小；

2)當(dāng)IF等于實(shí)際電流時(shí)，則動作時(shí)間t不變，無影響；

3)當(dāng)IF大于實(shí)際電流時(shí)，則使動作時(shí)間t變小，由于向大于實(shí)際電流方向波動地幅值較大(10%)，影響大；

(2)停留時(shí)間

1)電流在波動過程中在小于實(shí)際電流區(qū)域停留時(shí)間較短；

2)電流在波動過程中在大于實(shí)際電流區(qū)域停留時(shí)間較長。

綜上，電流的波動會使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)反時(shí)限動作曲線改變，動作時(shí)間將變短。但由于電流不停地波動，致使具體動作時(shí)間難以計(jì)算出來，動作曲線也無法確定。

當(dāng)強(qiáng)勵(lì)達(dá)2倍額定電流時(shí)，實(shí)際電流應(yīng)為0.906，但在諧波干擾下，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)采到地電流最大值可達(dá)1A以上，且在最大值時(shí)停留時(shí)間超過1S。據(jù)定值可知，此狀態(tài)已滿足發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)反時(shí)限動作上限條件，保護(hù)延時(shí)1S動作。而此狀態(tài)下調(diào)節(jié)器過勵(lì)限制保護(hù)動作時(shí)間為10S，晚于轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)。致使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)先于調(diào)節(jié)器過勵(lì)限制保護(hù)動作，誤把發(fā)電機(jī)由運(yùn)行中切除，造成誤動。

三、解決方法

通過以上分析可知，在基波電流下，發(fā)變組保護(hù)裝置的電流采樣精度合格，動作方程、特性曲線均滿足設(shè)計(jì)要求。因保護(hù)裝置為了能反映設(shè)備運(yùn)行中真實(shí)的狀態(tài)，在采樣環(huán)節(jié)一般不采取濾波。但勵(lì)磁變電流中卻存在很大得諧波，正是未采取濾波措施，造成保護(hù)使用地電流與實(shí)際電流不符，恰恰違背了設(shè)計(jì)的初衷。因此，針對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組過負(fù)荷保護(hù)，在采用交流勵(lì)磁回路的電流時(shí)，需要在轉(zhuǎn)子電流采樣環(huán)節(jié)進(jìn)行濾波，以消除諧波干擾，使保護(hù)能正確可靠動作。

[1]DGT801系列發(fā)變組保護(hù)裝置技術(shù)說明書.