水泥余热发电项目中小型发电机的保护整定

康继锋

1中信重工工程技术中心有限责任公司（471039）

2矿山重型装备国家重点实验室（中信重工机械股份有限公司）（471000）

水泥余热发电项目中小型发电机的保护整定

康继锋1，2

1中信重工工程技术中心有限责任公司（471039）

2矿山重型装备国家重点实验室（中信重工机械股份有限公司）（471000）

同步发电机是电力系统中最重要的设备，它的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用。因此，应该针对各种不同的故障和异常运行状态，安装性能完善的继电保护装置。而发电机作为工程电气设计最常用的电器之一有着自己的特点，这里以一条5 000 t水泥线的余热发电项目中发电机的保护为例，探讨发电机各种电气参数整定值的选取。

差动保护；后备保护；过负荷保护；选择性

同步发电机是生产电能的重要设备，是整个水泥线余热发电的核心。如果余热发电中的发电机发生电力故障，可能会导致电网局部事故乃至整个工厂电力系统严重故障。同步发电机的正常运行对保证工厂电网的安全工作和供电质量起着不言而喻的作用。同时，发电机本身极其贵重,内部结构也极其的复杂，假若发生事故，发电机定转子电枢绕组烧毁的概率就比较高，而且易引起断电事故[1]。

1 余热发电的发电机保护简述

余热发电项目中的发电机保护主要有发电机差动保护、后备保护（复合电压过电流保护）、定子接地保护、转子接地保护、定子过负荷保护、负序过负荷保护、失磁保护、电压保护、逆功率保护等，本文主要针对发电机的差动保护和后备保护进行论

述[2]。

2 发电机纵差动保护基本原理

2.1 作用原理

图1为发电机纵差动保护的单相原理图，两组TA特性、变比一致，正常及区外故障时，

因为I1=I2，所以TA特性可选得尽量一致。又因为不平衡电流比变压器小,所以

图1 发电机纵差动保护的单相原理图

其中，Ktx=0.5，为互感器同型系数，Kf2g为非周期分量系数,可取1.5～2.0；Ker为互感器比误差系数，取0.1；Id.max为最大外部三相短路电流周期分量。nl为互感器变比。

2.2 整定计算

满足两个条件：

①躲外部短路时的Ibp.max

②躲大于发电机额定电流（TA二次断线时不误动）

3 发电机微机比率制动纵差动保护

根据算法不同，可以构成比率制动特性差动保护和标积制动式差动保护。

3.1 保护构成原理

发电机纵差保护，按比较发电机中性点TA与机端TA二次同相电流的大小及相位构成。图2为发电机完全纵差保护的交流接入回路示意图。

图2 发电机完全纵差保护交流接入回路示意图

1）动作方程

式中：Id——动作电流（即差流），完全纵差时有——制动电流，比率制动特性的完全纵差时；——发电机机端、中性点二次电流；Ig、Iq、Kz、Is——差动保护整定值，见表1。

表1 发电机差动保护定值

2）动作特性

如图3所示，发电机纵差保护动作特性由二部分组成：即无制动部分和比率制动部分。其优点是：在区内故障电流小时，纵差保护具有较高的动作灵敏度；在区外故障时，纵差保护具有较强的躲过暂态不平衡差流的能力。长期运行实践表明：正确的整定保护的各定值，图3所示的动作特性完全满足动作灵敏度及可靠性的要求。

图3 发电机纵差保护动作特性

4 整定原则

4.1 比率差动系数KZ（曲线斜率）

KZ应按躲过区外三相短路时产生的最大暂态不平衡差流来整定（即图3中的斜线通过出口区外故障最大差流对应点）。对余热电站发电机完全纵差最大KZ=0.5～0.8，可取KZ=0.5。

4.2 启动电流Iq

按躲过正常工况下最大不平衡差流来整定。不平衡差流产生的原因：主要是差动保护两侧TA的变比误差，保护装置中通道回路的调整误差。其中最大不平衡差流为：

所以最大不平衡差流为0.54Ie，实际中一般取Iq=（0.2～0.4）Ie，所以有：

4.3 拐点电流Ig

Ig的大小，决定保护开始产生制动作用的电流大小，建议按躲过外部故障切除后的暂态过程中产生的最大不平衡差流整定。

4.4 差动速断倍数Is

对于发电机的差动速断，其作用相当于差动高定值，应按躲过区外三相短路时产生的最大不平衡差流来整定。

为可靠，建议Is=3～4Ie

取Is=3.5Ie=12.74 A

4.5 发电机额定电流Ie

Ie（或IN）可按下式计算

式中：Pe——发电机额定功率，9 000 kW；Ue——发电机额定电压，10 500 kV；nT——差动TA变比，800/5；cosø——发电机的额定功率因数,为0.85。

发电机电流一次值为582 A，二次值为3.64 A。

4.6 差动保护灵敏度校验

按有关技术规程，发电机纵差动保护的灵敏度必须满足机端两相金属短路时，差动保护的灵敏系数Ksen≥2。灵敏系数Ksen定义为机端两相金属短路时,短路电流与差动保护动作电流之比值。所以有：

因而灵敏度满足要求。Ksen越大，保护动作越灵敏。

综上所述，差动保护可见表1：

5 小结

水泥余热电站中发电机的主保护和后备保护的选择和整定十分重要，尤其是主保护的启动电流和拐点电流的整定均要合理。差动速断电流的整定值如果偏大，当发电机发生保护范围内短路时由于过电流，相应的保护装置不能动作，将严重影响发电机的正常工作,甚至造成发电机的损坏，因而设计也不合理。如果主保护中的启动电流和拐点电流均偏小时，保护装置可能躲不开线路中的最大不平衡电流而导致误动作。因而当对余热电站中的发电机选择合适的主保护和后备保护时，对发电机的正常运行有着至关重要的作用，对水泥线的正常生产也有巨大的经济效益。

[1]罗钰玲,吕铁民.电力系统微机继电保护[M].人民邮电出版社,2005,2(第1版).

[2]贺家李,宋从矩.电力系统继电保护[M].中国电力出版社, 2008,4(第3版).