浅析发电厂继电保护整定计算

刘仁

摘 要：发电厂继电保护整定计算是电厂安全稳定运行的可靠保障。由于电厂继电保护装置种类繁多、整定计算工作量大，需要计算人员具备较为丰富的实践经验和较高的专业水平，目前大多数电厂继电保护整定计算工作尚处在人工手算的阶段。虽然陆续有人设计出了电厂继电保护整定计算方面的软件，在整定计算方面具备了部分功能，但由于整定计算中依然需要有较多的人工操作，制约了整定计算软件的推广应用。因此，对发电厂的继电保护进行整体计算研究有着非常现实的意义。本文从发电厂整定计算的发展现状出发，在充分了解掌握整定计算的原则的情况下，对发电机保护的整定计算原则进行介绍，同时对继电保护整定计算方式进行了展望。

关键词：发电厂 继电保护 整定计算

中图分类号：TM744 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）01（c）-0039-02

1 研究背景

发电厂的继电保护装置正确动作是发电厂电力系统安全、可靠运行的重要保障。随着电力系统的迅速发展，电网结构的复杂程度不断加深，同时大容量机组在系统中的不断应用，使得对继电保护装置的“可靠性、速动性、选择性、灵敏性”提出了更高的要求。发电厂继电定值的整体计算是发电厂继电保护系统的重要组成部分。不管保护装置的运行原理如何创新，计算方法如何精准，硬件配置如何提升，一旦定值不可靠，那么发电厂的继电保护装置就不能正常运行。继电保护定值的正确整定是继电保护装置正确动作的前提，显得尤为重要。

2 发电厂整定计算的发展现状分析

根据相关调查研究显示，國内外关于发电厂继电保护的整定计算研究正处在发展过程中。目前，国内发电厂使用的保护装置的厂家繁多，水平不一。这也导致了发电厂现场继电保护装置种类繁多、原理各异，以致相对应的整定计算方法也不一样。因为保护装置的配置以及保护原理的不一样，使得微机保护的整定计算量增大，整定工作变得更为复杂。随着计算机技术和软件技术的发展，许多关于电网的继电保护整定系统软件研发成功，且技术趋于成熟，继电保护整定计算工作人员的工作量得到了很大的降低。但是在将系统推广应用阶段却不尽如人意，目前多数发电厂的继电保护整定计算工作还是靠工作人员手工计算。出现这种状况的要原因是：随着电网规模的不断扩大，电网结构日益；计算过程中工作人员都加入了自己的经验值，使得整定计算的结果没有统一标准。

3 发电厂继电保护整定计算的方法

以下介绍的发电机继电保护整定计算方法只代表发电机主要保护中的一部分。

3.1 比率制动完全差动保护

比率制动完全差动保护保护仅反应绕组、引出线的相间故障。不反应匝间、接地、开焊故障；不反应转子回路故障。

最小动作电流Is的整定计算原则：按外部故障切除时不误动条件整定。

即，，其中为可靠系数，可取1.5～2.0；为TA综合误差，可取0.1；Δm为通道调整引起的不平衡电流系数，可取0.02；为二次额定电流。工程上一般取。

拐点电流的整定计算：It=（0.7～1.0）In。

制动特性斜率S的整定原则：按区外故障最大穿越性电流作用下可靠不误动整定，工程上一般取S=0.3～0.5。

差动速断电流的整定原则：按躲过非同期合闸产生的最大不平衡电流整定，对于大型机组一般取。

3.2 发电机定子接地保护的整定计算

基波零序电压式定子接地保护主要保护由机端向机内80%～85%定子绕组的接地故障；基波零序电压式定子接地保护的动作电压应按躲过发电机正常工况下机端TV开口三角的最大输出电压或中性点TV（或消弧线圈、或配电变压器）二次的最大电压来整定。即，，式中为可靠系数，可取2.5～3；为最大不平衡电压。发电机正常运行时，一般为3～3.5V。其中，三次谐波分量为2～2.5V，而基波分量一般为0.5～1.5V。因此，当保护中具有滤过比较高的三次谐波滤过器时，Uop取5V是合理的。

同时应考虑到当发电厂主变高压侧发生接地短路故障时，零序电压可能通过主变高、低两侧绕组之间的耦合电容传递至发电机侧，可能使3U0定子接地保护不正确动作。当存在此风险时，零序电压式定子接地保护应具有一定的动作延时。

三次谐波电压式定子接地保护，主要保护由发电机中性点向机内15%～20%定子绕组的接地故障。计算公式为：，，其中为机端三次谐波电压；为中性点三次谐波电压。

发电机中性点及机端的三次谐波电压的大小，与发电机的三次谐波电势的大小有关。而发电机的三次谐波电势与发电机的结构有关，与定子绕组在定子槽内的分布有关，与发电机的类型有关。实测发电机正常运行时的最大三次谐波电压比值为，则取阈值α0。

3.3 转子接地保护的整定计算

转子绕组及励磁系统对地是绝缘的，当转子绕组或励磁回路发生一点接地时，不会构成对发电机的危害。但是，当发电机转子绕组出现不同位置的两点接地，很大的短路电流可能烧伤转子本体；同时，由于部分转子绕组被短路，使气隙磁场不均匀或发生畸变，从而使电磁转矩不均匀并造成发电机振动，损坏发电机。

目前，按避免转子两点接地时损坏发电机方面考虑，转子一点接地保护的高定值取10～30kΩ，低定值可取0.5～10kΩ。对于水轮发电机，转子一点接地保护应只投信号。转子一点接地保护的动作延时，可取5～10s。

3.4 失磁保护的整定计算

发电机失磁保护的阻抗判据有静稳边界阻抗判据和异步边界阻抗判据两种。静稳边界阻抗判据是根据发电机失去静稳时机端阻抗的变化轨迹而设立的，异步边界阻抗判据是根据发电机失磁后转入稳定异步运行时机端阻抗的变化轨迹而设立的。

转子低电压判据是根据发电机的静稳边界而设计的，包括等励磁电压判据和变励磁电压判据。等励磁电压判据动作电压值为定值，一般为额定空载励磁电压的80%。变励磁电压判据的动作电压值随发电机输出的有功功率变化而改变。

三相同时低压判据分为主变高压侧三相低压判据和机端三相低压判据。主变高压侧三相低压判据动作电压取为母线额定电压的80%～85%；机端三相低电压判据动作电压一般取为发电机额定电压的80%。

4 继电保护装置整定计算的展望

通过介绍发电机保护的整定原则可知要想对发电机保护定值进行精准的整定计算，不仅要熟知保护的原理、算法，还要熟悉机组的运行特性，部分定值是以实测数值为依据整定完成的。继电保护软件整定计算运行模式死板、限制性强，对电力系统技术人员并没有实质性的帮助；软件在进行计算时，数据录入繁琐，可操作性太低，对操作人员的要求较为严格。随着计算机及软件技术的不断发展，相信继电保护整定计算软件的适应性和友好性将不断进步，但是我们也应该认识到，继电保护不仅重要，同时还相当复杂，在整定计算过程中人的因素是替代不了的，计算软件只能是作为一个工具简化计算，但最终还是要保护专业人员把关。

5 结语

发电厂继电保护装置的整定计算是一项比较复杂的工作，它的专业程度决定了整定计算软件的整定计算系统必须跟实际的电力系统相互结合，在充分考虑用户需求的基础上，对继电保护整定计算软件进行不断的升级，使软件更加智能化。

参考文献

[1] 赵冬梅，张旭，刘燕华，等.发电厂继电保护整定计算系统的智能化研究[J].电力系统保护与控制，2012，40（5）：24-28.

[2] 尹楠.发电厂继电保护整定计算系统的智能化研究[J].黑龙江科技信息，2014（2）：73-79.

[3] 张虹，赵冬梅，张旭，等.电厂继电保护整定计算职能系统图模库一体化工具的研究[J].电力系统保护与控制，2011，39（12）：69-74.