300 Mvar调相机继电保护的分析与改进研究

吴海霞

（云南电网有限责任公司昭通供电局，云南 昭通 657000）

0 引 言

相比以往160 Mvar的调相机，300 Mvar单机容量的调相机的无功补偿能力更加显著，能适用于现下电压不稳和电网无功环境，为我国电网系统的稳定运行提供保障。为了加强300 Mvar调相机在我国电网事业中的重要辅助作用，还可针对继电保护功能提出可行性整改建议，便于并网项目顺利落实。

1 300 Mvar调相机的特点与原理

1.1 特 点

调相机作为电网运行的稳固器，在电网并行项目中有着重要作用。通常情况下，调相机包含本体、冷却系统、升压变、启动系统以及励磁与控制保护系统等部分，结构如图1所示。首先，由于调相机具备抗干扰性，实际应用期间不易受系统电压不稳等因素影响而出现过载现象。其次，它具有较强的无功支撑能力，可在短时间内快速生成200%的无功功率，从而使系统获得充足的电压。再次，300 Mvar调相机相比其他类型的调相机具有突出的无功调节能力，可满足系统实际需求。最后，调相机具有长达30年的使用年限，且损耗率低于1.5%，具备成本低的特性，可为并网项目的开发带来重要的辅助作用，从而打造高质量的电网运行环境。

图1 调相机内部结构图

1.2 原 理

以300 Mvar同步调相机为研究对象，启动后转动速度一般可骤然升至3 150 r/min，之后调相机将过渡到延缓转动状态下，进而将转速调节至3 000 r/min，以此达到强化励磁的效果，以便顺利进行并网操作。新一代300 Mvar调相机早在2017年9月份已被成功研发，虽然增扩了10%的体积，但有效改进了其整体动态性，适当提升了安全性。作为现下容量较大的一款并网发电机，它能展现出良好的无功补偿功能，保障超高压直流电的稳定供应。在实际运行期间，300 Mvar调相机常采用空转形式实施无功补偿。与传统发电机相比，它无需任何原动机的辅助即可启动[1]。另外，运行期间它还能进行自动调节，根据电压调整励磁电流数值，为电网带来持续性无功功率的供应。通常情况下，调相机在运行期间还能获得最优化运行状态，从而保障电网较强的稳定性。

2 300 Mvar调相机继电保护的改进策略

2.1 科学制定继电保护配置方案

在300 Mvar调相机继电保护的改进过程中，传统调相机采用的继电保护方法为阻抗保护，而新型调相机理应采用联合式继电保护方式对其实施保护，以免在实际运行期间影响其运行效果，其中应参照母线电压、机端电压以及转子电压等数值验证继电保护性能。此种调相机并未生成有功功率，因此在与电网同步运行期间无需考虑失步故障。在继电保护期间，需要根据300 Mvar调相机继电保护需求制定可行性配置方案来辅助实践工作。例如，在过负荷保护中实施励磁电流保护，而在过流保护中可根据调相机运行原理对主变高压或主变复压实施过流保护，从而促使调相机能在配置后具备良好的继电保护功能，使其发挥出突出的稳固电网的作用[2]。

此外，还需根据300 Mvar调相机启动环节产生的影响改进继电保护功能。在调相机运行期间，它所获取的动力来源于SFC装置提供的电力。该装置在运行期间显现出低频性特征，最大值不高于50 Hz，因此应注重低频对调相机的影响，以保证调相机在低频运行期间依旧具有良好性能。一般可采用安装频率传感器等方法，监测低频下形成的模拟电压与电流数值，以保障实际运行期间的可靠性。300 Mvar调相机只有拥有科学的继电保护配置方案，才能达到最优化的继电保护效果。因此，应科学制定继电保护配置方案。

2.2 优化调相机继电保护功能

2.2.1 差动保护

300 Mvar调相机继电保护需要注重差动保护功能的完善，重点是定子绕组短路现象的防护，由此确保调相机在启动环节不会出现闭锁现象。差动保护功能与300 Mvar调相机的启动模式、断路器安装情况有着密切关联，此时相关人员应保证调相机具有适合的断路器装置，防止超负荷运行引发危险。机端处还需要设置自动控制开关，否则有可能削弱调相机差动保护效果。差动保护实则是为了杜绝误动现象，以保障电网系统的稳定性。开关所处位置的不同会使差动保护功能存在差异。开关位置若临近发电机端口处，理应实施闭锁差动保护。若位于电网系统临近处，应当先行闭合开关，然后根据电流差值确定是否开启纵差保护，之后可在调相机正式运行后予以差动保护，从而在最大程度上强化继电保护性能[3]。2.2.2 失磁保护

调相机中具有励磁系统，能够为其提供定子电源，一旦出现失磁现象，将导致电压下降问题，从而严重破坏系统稳定性，不利于获得高质量电能。300 Mvar调相机的失磁保护可采用安装失磁保护装置的方法，促使调相机能够随时应对励磁消失故障。由于该调相机所形成的电磁功率与励磁电流、磁阻功率有着重要关联，因此可以调节电磁转矩，保证励磁电流能够符合调相机预期要求，避免在失磁故障下导致调相机无法提供无功功率而影响系统的运行质量。在失磁保护配置阶段，还可参照母线电压等数值的变化情况判断调相机是否发生失磁现象，然后提出可行性改进建议。

2.2.3 过流保护

300 Mvar调相机在实施继电保护时需实施过流保护，以免出现短路故障。具体可采用复压启动模式，在调相机内部安装过流保护元件，从而达到最优化保护效果。在过流保护操作中，相关人员需全面了解调相机故障类型，以此降低内外部短路故障发生率，展现300 Mvar调相机的优势。此外，若过流保护中倾向于内部防护，此时无需实施电流记忆措施，以降低后续限制调相机启动行为的发生率。

2.3 合理设计多并联支路绕组

300 Mvar调相机可应用于高海拔电网建设项目中，此时可利用多并联支路绕组方法增加其实用性，进而优化继电保护功能，最大化地扩大300 Mvar调相机的应用范围。在具体接线期间，需按照图2的效果图设置接线方案，以便调相机拥有良好的推广前景。一方面，需明确300 Mvar调相机各项参数，选出最优化方案。另一方面，可通过对比电动势不对称度的方法控制基波频率，为调相机的应用创造有利条件。

图2 多并联支路绕组接线效果图

300 Mvar调相机作为单机的容量为300 Mvar，额定电压为20 kV，频率保持在50 Hz。定子槽数与绕组节距分别为72和29的调相机，在设计接线方案时应避免线圈交叉，可通过标记确定定子绕组方向，促使调相机在并联下具有较强的运行稳定性。在对比电动势不对称度时，发现电动势不对称度在定子槽数增加时呈现下降趋势。此时，可根据电网系统实际需求确定槽数数值。

2.4 注重变压器防干扰追踪效果

300 Mvar调相机继电保护功能的完善可从变压器防干扰追踪效果方面进行改进，具体包括频率追踪和谐波追踪两个部分。

2.4.1 频率追踪

在调相机运行时，为了确保频率追踪结果更准确，应实施防干扰措施。例如，需以20 Hz为基准将其频率划分为两个部分，然后分别采用滤波器过滤谐波，之后观察调相机响应时间的变化，由此总结出频率变化特征，以便采用对应的继电保护优化措施。

2.4.2 谐波追踪

在谐波追踪期间可开展仿真试验，将试验条件设定为短路故障，之后利用PW466型号的继电保护测试仪记录此环节调相机的频率和相间电压基波有效值，记录结果如表1所示，由此找到调相机出现继电保护失效现象的原因。一般在启动后将出现3次谐波，应根据谐波出现的周期确定谐波出现时故障特征显示的时间，以便在此时间内加强继电保护，从而有针对性地实现调相机的有效防护。

表1 PW466型号继电保护测试仪防干扰测试结果

3 结 论

综上所述，300 Mvar调相机作为单机容量较大的一种电网并行发电机，能稳固我国电网，提升电能质量。因此，应充分结合当前电网运行需求，从继电保护配置方案、继电保护功能、多并联支路绕组以及变压器防干扰追踪等方面着手，强化300 Mvar调相机继电保护的实用性，最大化加快电网并行项目的推行速度，进而营造良好的供电环境。