600MW汽轮机组继电保护研究

600MW汽轮机组继电保护研究

作者：费玉琢

来源：《中国科技博览》2013年第01期

[摘要]：本文针对600MW汽轮机组采用数学分析和物理建模相结合的方法，对发变组保护配置的采用判别机端无功电流幅值原理的发电机失磁保护、采用判别机组和系统功角原理的失步保护、采用判别发电机中性点端三次谐波辅值原理的100%定子接地保护等进行了详细分析，以求在配置和整定值上满足大机组对保护选择性、灵敏性和可靠性要求，经现场实际运行证明，本整定方案切实可行。

[关键词]：发变组 继电保护 整定计算 配置

中图分类号：TU856 文献标识码：TU 文章编号：1009-914X（2013）01- 0284-01

600MW超临界燃煤发电机组，为目前大规模火力发电厂常用机组，继电保护配置随机组一次设备几乎全部进口。现将配置的国内少见的保护装置在原理和整定方案上进行了较为详细的探讨，供同行批评指正。

由于电网容量较小，有功和无功储备均较小，而单机容量又很大，若机组失磁而不从系统隔离，会使系统的电压崩溃，若切除时间太长，不但本发电机会异步运行损坏发电机组，而且会造成系统相邻的发电机失步，给系统造成极大的危害。我国传统的低励失磁保护是测量机端阻抗园，其动作判据有异步边界阻抗、静稳边界阻抗、静稳极限励磁电压动作判据等。而本厂的失磁保护判据采用判别机组吸收的无功功率的大小并辅以系统电压判据。

该机组配置两套由ABB公司生产的RAGPK型失磁保护，装设在发电机端，它由RXPDK21H和RXEDK2H两个继电器组成。RXPDK21H有两个动作段，一段为无方向过电流保护（I>>），目前退出；另一段为方向时延过电流保护，其动作方程为ICOS（Φ-α）≥Iα（α特性角在-120度至120度之间整定，Φ为接入的电压和电流的夹角，在电压二次值低于5伏时，采用记忆的电流电压夹角，本工程A相电流和电压接入继电器）。

RXPDK21H继电器的电流动作特性的选取要综合考虑以下几个问题：①与发电机低励容量曲线吻合②与发电机静稳边界曲线吻合③充分考虑发电机在失磁情况下吸收的无功电流幅值。

本保护为ABB公司生产的集成电路保护，由三个电压继电器组成，27N3为三次谐波低电压继电器，59N为基波过电压继电器，电压监视继电器用来在机组停役时退出本保护。国内常

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见的发电机100%定子接地保护，采用比较发电机中性点和机端的三次谐波电压的大小来判别是否在发电机中性点处发生接地故障[1]。

由于发电机气隙磁通密度的非正弦分布和铁磁饱和的影响，在定子绕组中感应的电势除基波分量外，还含有高次谐波分量，每台发电机总有约百分之几的三次谐波电势，以E3表示；发电机的对地电容可等效地集中发电机中性点N和机端S，每端为0.5CW；发电机端引出线、升压变压器、厂用变压器以及电压互感器等设备的每相对地电容CE等效放在机端； 对于本电厂，经测量#1发电机的对地电容CW=0.42uF/相；发电机端引出线、升压变压器、厂用变压器以及电压互感器等设备的每相对地电容CE=0.1402uF/相；在发电机定子接地电流为7.83安培的情况下，其中性点接地变的阻抗RN=1.696欧，二次值为0.115欧；在发电机空载时，其三次谐波电压U3Min=0.5%UE， 在发电机满载时，其三次谐波电压U3Max=1.4%UE， UE为发电机额定电压。

发电机的失步保护采用经典的阻抗圆（带偏移特性）、两条阻挡线组成，对于本电厂的发电机组，在2000年最大运行方式下，归算到23KV电压等级，系统的等值阻抗为0.127065欧，变压器的阻抗为0.0987欧，发电机的直轴暂态电抗为0.213欧，从以上参数可知，在系统发生振荡时，振荡中心往往落在发变组内部，使机端电压大幅度波动，厂用机械难以稳定运行，可能造成停机、停炉或炉膛爆炸，同时振荡电流在较长时间内反复出现，使发电机的大轴遭受周期性的振荡扭矩，可能使大轴扭伤或缩短运行寿命[1]。 本保护为GE公司生产的集成电路保护，由GSY51A，CEX57E，

PJC11AV三个继电器组成，其中CEX57E继电器构成直线方向阻抗特性，GSY51A继电器构成偏移阻抗圆特性，PJC11AV继电器起零序闭锁作用，对失步保护的要求是及时检测出非稳定振荡故障，保护可靠动作，在短路及稳定振荡时应不动作。为准确地应用本继电器，需要了解以下的参数：发电机的失步特性，发电机的最大滑差系数，本系统的最快振荡周期等特性和振荡电流水平。其动作特性分析如图五可知：

正常运行发电机工作点为S1（S2），短路后阻抗向量末端为D，短路后阻抗跃变轨迹为1，不会使失步保护误动，曲线2为稳定振荡的阻抗轨迹，虽然进入GSY51A继电器动作圆内，但即退出圆外，不会使失步保护误动。在高压系统一点接地发展到两点接地，其阻抗变化轨迹为由G1到G2点的轨迹4，可能使失步保护误动，为此在主变高压侧中性点接有一个反映接地故障的零序过流继电器50N，当发生接地故障时，50N瞬时动作，将失步保护出口回路断开，起到闭锁失步保护的作用（该保护定值按偏移圆阻抗特性的末端发生接地故障有灵敏度整定）。CEX57E继电器是一种具有欧姆单元特性的高速感应杯式元件，其两条动作特性线整定与输电线路阻抗特性平行，并以发电机电势和系统电势角差δ达到120度时进入该继电器动作区和电势角差δ达到260度离开该继电器动作区作为该两条动作特性线的整定依据。GSY51A继电器包含一个偏移圆特性的欧姆型距离元件，整定其正向偏移为变压器阻抗加上后厦线距电厂侧60%的线路阻抗，反向偏移区约为3倍的发电机直轴暂态电抗，在该范围内振荡阻抗轨迹

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曲线3穿过整个直线和圆特性，失步保护可靠动作。若振荡中心落在上述范围以外时，本失步保护可靠不动作，由系统振荡解列装置来切除机组，两者之间可能失配。由于该继电器在等值系统和发电机电势角差δ达到260度动作，加上开关动作时间，实际的开关开断振荡电流是在电势角差δ达到330度左右，经计算，该发变组出口500KVGIS开关的开断能力能满足要求，故本保护没有加装相过电流闭锁判据。本保护一个重要的缺陷就是无法预测机组的失步，在它动作以后，机组的失步已不可避免[1]。 参考文献：

1．王维俭（Wang Weijian）发电机变压器继电保护应用（The Practice Of Generator-Transformer Unit Relay Protection）.北京：中国电力出版社（Beijing：Electric Engineering Press Of China），1998