600MW发电机组继电保护装置的现状分析

郑辉

(河北兴泰发电有限责任公司,河北邢台 054000)

600MW发电机组继电保护装置的现状分析

郑辉

(河北兴泰发电有限责任公司,河北邢台 054000)

我国采用了大量的600MW发电机组,因此研究600MW发电机组继电保护装置的现状对于发电机组的正常运行就具有十分重要的现实意义。本文主要从定子绕组匝间短路保护、继电保护用电流互感器、中性接地点方式以及主保护定量化设计等方面详细的探讨600MW发电机组继电保护装置的现状。

600MW发电机组 继电保护 现状 不足

1 定子绕组匝间短路保护

我国于2006年时颁布通过了《继电保护和安全技术规程》(即GB 14285-2006)，明确要求通过定子绕组匝间短路保护的设置来实现保护功能。然而对于600MW单机容量的发电机(尤其是引进发电机组)，因为难以进行中性点的侧引线，多数学者和技术人员认为可以不必装设该保护装置，主要原因如下：

首先，大型汽轮发电机定子绕组基本不存在同槽同向的情况，所以不会产生匝间短路。但通过研究发现，600MW发电机组存在着同向不同分支位于同槽的情况，槽内同向不同分支产生的短路多为匝间短路，而并非所认识到的相间短路。据中科院权威统计数据表明，1998年到2006年间，600MW发电机组共计发生匝间短路以及分支开焊次数为19次，相间短路故障67次。另外，因为部分600MW发电机组没有设置匝间短路保护，在出现匝间短路情况之后，在发展成为相间短路之后通过纵差保护动作实现跳闸，因而错误的将其统计为相间短路故障。进入新世纪以后，因为振动过大、定子引线气堵造成端部松动，导致600MW发电机组时常出现匝间短路和定子绕组接地的故障，更为严重的是，还造成了数台发电机组因此而烧毁。

其次，由于已具备100%动作区定子绕组单向接地保护，因此无必要设置专门的定子绕组匝间短路保护。通常而言，定子槽内故障首先表现为单向接地故障，但正如前文所提及的，单向接地故障并非引起匝间短路的全部原因，100%动作区定子绕组单向接地保护没有办法完全消除匝间短路故障。所以，对于600MW发电机组，仅通过单向接地保护来规避和消除定子绕组匝间短路是难以实现预期效果的。

总的来说，我国应提高对统一对定子绕组匝间短路保护的认识，基于我国600MW发电机组的运行实际情况，从而有效克服我国600MW发电机组存在的严重匝间短路保护的隐患。

2 600MW发电机组继电保护用电流互感器的应用现状

显然，电力系统一次电流通过电流互感器的正确传变是正确的继电保护动作的必要基础，主要通过相位的差动保护和各侧电流大小的比较，采取动作的时间在20ms左右。电流互感器的暂态误差对差动保护的技术性能产生明显的影响。

通过对运行数据的研究后可以发现，发电机两侧即便使用了型号相同的10P或者5P型电流互感器，在开展自启动或者同期操作的过程中，还是会产生纵差保护误动现象。而其最为主要的原因还是由于电流互感器只能确保10%的稳态误差，却未利用相关技术措施来确保暂态误差控制在相应的范围之内。

更需要注意的是，较之电力系统而言，600MW发电机组的一次时间常数要大的多。通常情况下，超高压电力系统的一次时间常数在100ms到120ms之间，而发电机组的一次时间常数为250ms到500ms之间。一次时间常数的提升直接增大了电流互感器的暂态误差。应利用电流互感器铁心截面的增加来起到降低暂态误差的目的。

总的来说，选择考虑暂态误差的TP型电流互感器来作为600MW发变组的继电保护，如将TP和5P型电流互感器混用到变压器的高、中、低压侧，将会对差动保护的正确动作率产生明显的影响。

3 600MW发电机中性接地点方式

通过研究和实际运行发现，定子绕组单向接地将会产生十分严重的后果。主要后果如下：

(1)Ig(单向接地故障电流)超过一定范围的时候，比如说≥1.0A的情况下，将会使定子铁心出现烧坏的情况下，导致难以检修和修复，导致企业承受巨大的经济损失。

(2)将会产生巨大的间歇性弧光过电压，并导致相间短路和匝间短路故障的出现，导致无法预计的灾难性后果。

现阶段，我国600MW发电机中性点大多采取的是配电变压器高阻接地方式，最为主要的优点是非常小的过电压倍数(不超过2.6倍)，而缺点也相当明显，使接地故障电流明显的增加。

总的来说，600MW发电机组单向接地故障最为明显的危害并非暂态过电压对绝缘安全的威胁，而是过大的接地故障电流。当前的核心要务在于怎样降低接地故障电流Ig，在现实调试过程中，不应通过提升Ig配电变压器的高阻接地，同时整定接地电阻Rn时，也大可不必安装传统规矩(即≤三相对地容抗)，而应当积极采取消弧线圈接地方式，使之成为确保600MW发电机组正常运行的基本举措。

4 主保护定量化设计

进入新世纪以来，我国600MW发电机组主保护获得了喜人的发展，不但包括以往所采取的单原件零序横差以及完全纵差保护方式，还针对性的发展了双元件零序横差保护、不完全裂相横差保护、完全裂相横差保护以及不完全纵差保护等方式，从而极大的提升了600MW发电机组内部短路主保护的灵敏性及可靠性。

对于600MW及以上发电机组，必须摒弃以往片面依靠经验的定性化设计方式，而应当基于“多回路分析法”来开展优化和定量化设计工作。另外，600MW及以上发电机组基本上无法开展真机试验，所以，数字仿真就能够起到十分重要的作用。对保护进行动模试验具有相应的必要性，不过所有动模设备都仅代表其自身，无法完全仿真真机，这是由于两者所具备的内部结构有着显著的差异性，而所采取的内部短路动模仿真技术无法体现实际工业机组内部短路时具体的电磁场。这并非意味着将来发电机组无需进行动模试验，其真正的意义在于，若继电保护装置无法通过动模试验，该保护装置就不具备现实生产和运行的条件。

5 结语

(1)对于600MW发电机组来说，应当通过定子绕组匝间短路保护的设置来实现保护功能。(2)应当选择考虑暂态误差的TP型电流互感器来作为600MW发变组的继电保护，一定要避免TP和5P型电流互感器混用到变压器的高、中、低压侧。(3)应当积极采取消弧线圈接地方式，使之成为确保600MW发电机组正常运行的基本举措。

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[2]李德佳,卓乐友.保护用电流互感器的选择及计算方法的探讨[J].电力设备,2007(09).

[3]桂林,王维俭,孙宇光,王祥珩.大型水轮发电机主保护定量化设计过程的合理简化[J].电力系统自动化,2007(04).

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郑辉(1971一),男,河北邢台人,专科,工程师,主要从事发电厂电气二次设备、继电保护及自动化装置的检修管理工作。