后石電廠600MW機(jī)組部分繼電保護(hù)整定(1)

1、    后石電廠600MW機(jī)組部分繼電保護(hù)整定(1)    本文針對后石電廠工程（6*600MW），采用數(shù)學(xué)分析和物理建模相結(jié)合的方法，對600MW發(fā)變組保護(hù)配置的采用判別機(jī)端無功電流幅值原理的發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)、采用判別機(jī)組和系統(tǒng)功角原理的失步保護(hù)、采用判別發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)端三次諧波輔值原理的100%定子接地保護(hù)等進(jìn)行了詳細(xì)分析，以求在配置和整定值上滿足大機(jī)組對保護(hù)選擇性、靈敏性和可靠性求，經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行證明，本整定方案切實(shí)可行。 關(guān)鍵詞： 發(fā)變組 繼電保護(hù) 整定計(jì)算 配置 后石電廠設(shè)計(jì)安裝六臺600MW超臨界燃煤發(fā)電機(jī)

2、組，為目前福建省最大的火力發(fā)電廠，繼電保護(hù)配置隨機(jī)組一次設(shè)備全套引進(jìn)日本東芝和三菱公司設(shè)備(部分為外購的ABB、GE公司設(shè)備)?，F(xiàn)將該廠配置的國內(nèi)少見的保護(hù)裝置在原理和整定方案上進(jìn)行了較為詳細(xì)的探討，供同行批評指正。40G1，40G2型號RAGPK：發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)（兩套）。動(dòng)作于全停。由于福建省的電網(wǎng)容量較小，有功和無功儲備均較小，而后石電廠的單機(jī)容量又很大，若機(jī)組失磁而不從系統(tǒng)隔離，會使系統(tǒng)的電壓崩潰，若切除時(shí)間太長，不但本發(fā)電機(jī)會異     AB:勵(lì)磁電流限制 ；BC:定子電流限制；CD:由于漏磁而引起的定子端部發(fā)熱限制EF:在無AVR功能情況下的發(fā)

3、電機(jī)靜穩(wěn)邊界；Xe:無窮大系統(tǒng)的等值阻抗 圖一：發(fā)電機(jī)的典型容量曲線步運(yùn)行損壞發(fā)電機(jī)組，而且會造成系統(tǒng)相鄰的發(fā)電機(jī)失步，給系統(tǒng)造成極大的危害。我國傳統(tǒng)的低勵(lì)失磁保護(hù)是測量機(jī)端阻抗園，其動(dòng)作判據(jù)有異步邊界阻抗、靜穩(wěn)邊界阻抗、靜穩(wěn)極限勵(lì)磁電壓動(dòng)作判據(jù)等。而本廠的失磁保護(hù)判據(jù)采用判別機(jī)組吸收的無功功率的大小并輔以系統(tǒng)電壓判據(jù)。汽輪發(fā)電機(jī)的典型容量曲線如圖一所示：后石電廠機(jī)組的失磁保護(hù)采用監(jiān)測發(fā)電機(jī)端的無功功率方向?yàn)橹髋袚?jù)，以無功電流和 發(fā)電機(jī)端低電壓為附加判據(jù)，構(gòu)成出口條件，實(shí)際無功電流按按發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)邊界時(shí)吸收的無功功率整定。發(fā)電機(jī)在以下情況下會發(fā)生失磁：勵(lì)磁繞組發(fā)生開路或短路。勵(lì)磁開關(guān)偷跳。AVR

4、系統(tǒng)發(fā)生故障以致勵(lì)磁電流降為零。后石電廠配置兩套由ABB公司生產(chǎn)的RAGPK型失磁保護(hù)，裝設(shè)在發(fā)電機(jī)端，它由RXPDK21H和RXEDK2H兩個(gè)繼電器組成。RXPDK21H有兩個(gè)動(dòng)作段，一段為無方向過電流保護(hù)（I>>），目前退出；另一段為方向時(shí)延過電流保護(hù)，其動(dòng)作方程為ICOS（-）I（特性角在-120度至120度之間整定，為接入的電壓和電流的夾角，在電壓二次值低于5伏時(shí)，采用記憶的電流電壓夾角，本工程A相電流和電壓接入繼電器）。本繼電器的動(dòng)作如圖二所示：RXPDK21H繼電器的電流動(dòng)作特性的選取綜合考慮以下幾個(gè)問題：與發(fā)電機(jī)低勵(lì)容量曲線吻合與發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)邊界曲線吻合充分考慮發(fā)電機(jī)在

5、失磁情況下吸收的無功電流幅值。為了便于計(jì)算，建立發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)等值模型如圖三所示：    Xd為發(fā)電機(jī)直軸電抗，Xt為變壓器阻抗，Xs為系統(tǒng)等值阻抗，Us為系統(tǒng)電壓(假設(shè)為恒定)，Uf為發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓(23KV)，Ed為發(fā)電機(jī)直軸電勢，對于汽輪發(fā)電機(jī)向大系統(tǒng)輸電，有以下公式成立：    Ps=Ed*Us*Sin/Xd             （1）    Qs

6、= Ed*Us*Cos/Xd-Us2/ Xd             （2）其中Xd= Xd Xt Xs，為發(fā)電機(jī)直軸電勢與系統(tǒng)之間的電勢角。    發(fā)電機(jī)的靜穩(wěn)邊界對應(yīng)于=900，其吸收的無功功率為Qs=-Us2/ Xd在系統(tǒng)電壓不變時(shí)為一個(gè)恒定值，即Qs=-Us2/ Xd=常量-Uf*ISin= Uf*Icos-(-90)    （3）為機(jī)端電流和電壓之間的夾角(假設(shè)不考慮系統(tǒng)和變壓器的無功損

7、耗)從公式（2）可知，在發(fā)電機(jī)臨界失步即=1800時(shí)，發(fā)電機(jī)吸收的無功功率最大，根據(jù)公式（3），該點(diǎn)對應(yīng)=900，則可知發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)邊界對應(yīng)于=900時(shí)該點(diǎn)對應(yīng)750，在單臺機(jī)情況下，經(jīng)系統(tǒng)穩(wěn)定計(jì)算此時(shí)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓約為80%的額定電壓。根據(jù)公式（3）有以下等式成立：Us2/ XdUf*ISin得出在發(fā)電機(jī)處于靜穩(wěn)邊界時(shí)，發(fā)電機(jī)吸收的無功電流I= Us2/ (Xd* Uf*Sin)。取標(biāo)幺值：Us=1.0,Uf=0.8,Xd= Xd Xt Xs,其中Xd=2.0（根據(jù)發(fā)電機(jī)廠家資料），Xt=0.132（220KV等級下對應(yīng)二次值為9.875歐）,Xs=0.169（220KV等級下對應(yīng)二次值為12

8、.7065歐），則發(fā)電機(jī)吸收的無功電流標(biāo)幺值為I*=1/（Xd* Uf*Sin）=1/（2 0.132 0.169）*0.8*Sin750=0.562。在220KV等級下發(fā)電機(jī)額定電流的標(biāo)準(zhǔn)值為I=706000/3*23000=17722安，則對應(yīng)二次標(biāo)準(zhǔn)值為I=17722/(23000/5)=3.85安。綜合以上計(jì)算，在發(fā)電機(jī)處于靜穩(wěn)邊界時(shí)，發(fā)電機(jī)吸收的無功電流I=3.85*0.562=2.165安，取特性角=-90度。在考慮一定裕度后，本保護(hù)取I=1.89安，特性角=-900。RXEDK2H為低電壓繼電器，按一臺機(jī)情況下在發(fā)電機(jī)處于靜穩(wěn)邊界時(shí)，機(jī)端電壓約為80%的額定電壓整定。經(jīng)計(jì)算,按我

9、省電網(wǎng)1999年底接線方式,在后石電廠一臺發(fā)電機(jī)情況下發(fā)生失磁,當(dāng)機(jī)端電壓降為80%額定電壓，機(jī)組吸收無功功率約為280MVAR時(shí)，延時(shí)0.4秒跳閘。64G2型號RAGEK：發(fā)電機(jī)100%定子接地保護(hù)。動(dòng)作于發(fā)信。    本保護(hù)為ABB公司生產(chǎn)的集成電路保護(hù)，由三個(gè)電壓繼電器組成，27N3為三次諧波低電壓繼電器，59N為基波過電壓繼電器，電壓監(jiān)視繼電器用來在機(jī)組停役時(shí)退出本保護(hù)。國內(nèi)常見的發(fā)電機(jī)100%定子接地保護(hù)，采用比較發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)和機(jī)端的三次諧波電壓的大小來判別是否在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)處發(fā)生接地故障    

10、0;       摘 本文針對后石電廠工程（6*6MW），采用數(shù)學(xué)分析和物理建模相結(jié)合的方法，對6MW發(fā)變組保護(hù)配置的采用判         本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請聯(lián)系我們。1。本保護(hù)27N3所接的電壓取自發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地變壓器二次側(cè)，變比為23KV/190V，它判別發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的三次諧波電壓的

11、大小，在UN3<UDZ時(shí)動(dòng)作，其理論依據(jù)如下：由于發(fā)電機(jī)氣隙磁通密度的非正弦分布和鐵磁飽和的影響，在定子繞組中感應(yīng)的電勢除基波分量外，還含有高次諧波分量，每臺發(fā)電機(jī)總有約百分之幾的三次諧波電勢，以E3表示；發(fā)電機(jī)的對地電容可等效地集中發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)N和機(jī)端S,每端為0.5CW；發(fā)電機(jī)端引出線、升壓變壓器、廠用變壓器以及電壓互感器等設(shè)備的每相對地電容CE等效放在機(jī)端；發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地變的阻抗為RN;則發(fā)電機(jī)的等值電路如圖四所示：發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的三次諧波電壓UN3=ZN*U3/(ZN XCL)     （4）從公式（4）可知，UN3隨發(fā)電機(jī)的運(yùn)行工況（即U

12、3大?。┒?，但只中性點(diǎn)附近發(fā)生接地故障，UN3總減少，金屬性接地故障時(shí)恒有UN3=0。設(shè)在發(fā)電機(jī)空載時(shí)，其中性點(diǎn)的三次諧波電壓為UN3Min，則求UDZUN3Min。圖四：發(fā)電機(jī)的等值電路對于本電廠，經(jīng)測量#1發(fā)電機(jī)的對地電容CW=0.42uF/相；發(fā)電機(jī)端引出線、升壓變壓器、廠用變壓器以及電壓互感器等設(shè)備的每相對地電容CE=0.1402uF/相；在發(fā)電機(jī)定子接地電流為7.83安培的情況下，其中性點(diǎn)接地變的阻抗RN=1.696歐，二次值為0.115歐；在發(fā)電機(jī)空載時(shí)，其三次諧波電壓U3Min=0.5%UE, 在發(fā)電機(jī)滿載時(shí)，其三次諧波電壓U3Max=1.4%UE, UE為發(fā)電機(jī)額定電壓。根據(jù)

13、以上參數(shù)進(jìn)行阻抗計(jì)算，1/2CW=0.21uF，1/2CW CE=0.3502 uF, RN=1.696歐。對應(yīng)XCN=-j1684, XCL=-j1010, ZN=842-j848。則在發(fā)電機(jī)空載時(shí)，其中性點(diǎn)的三次諧波電壓為UN3Min =ZN*U3 Min /(ZN XCL)=1195*0.5%UE/2040=0.293% UE。取兩倍的可靠系數(shù)，則本保護(hù)的動(dòng)作值(二次值)為：UDZ=0.5*0.293%UE/NPT =0.1465%*（23KV/3)*190/23KV=0.161V,故取整定值UDZ=0.2V。    根據(jù)UDZ=0.2V，對應(yīng)的三

14、次諧波電壓一次值為0.2*23KV/190=0.1823% UE；本繼電器的基波制動(dòng)系數(shù)為80，則該三次諧波電壓值對應(yīng)的基波分量小于0.1823% UE*80=14.6% UE。因此27N3繼電器保護(hù)85.4100%范圍內(nèi)定子繞組發(fā)生的接地故障。在發(fā)電機(jī)滿載時(shí)，其中性點(diǎn)的三次諧波電壓為UN3Max =ZN*U3 Max /(ZN XCL)=1195*1.4%UE/2040=0.82% UE，設(shè)在距離中性點(diǎn)X處發(fā)生接地故障，27N3繼電器感受的電壓為UN3=X UE*1.4%/ NPT=0.2V,得X=0.2*3/(190*1.4%)=13.0。從以上計(jì)算可知，發(fā)電機(jī)滿載時(shí)，本繼電器保護(hù)8710

15、0%范圍內(nèi)定子繞組發(fā)生的接地故障。電壓監(jiān)視繼電器所接的電壓取自機(jī)端PT，整定90%的發(fā)電機(jī)額定電壓，在測量電壓低于90%發(fā)電機(jī)額定電壓，并延續(xù)4秒后，將100%定子接地保護(hù)退出。78G1型號GSY51A：發(fā)電機(jī)失步保護(hù)（偏移阻抗圓）。動(dòng)作于全停。78G2型號CEX57E：發(fā)電機(jī)失步保護(hù)（直線方向阻抗阻）。動(dòng)作于全停。50N型號PJC11AV：主變中性點(diǎn)零序過流繼電器（用于閉鎖發(fā)電機(jī)失步保護(hù)）。發(fā)電機(jī)的失步保護(hù)采用經(jīng)典的阻抗圓（帶偏移特性）、兩條阻擋線組成，對于本電廠的發(fā)電機(jī)組，在2000年最大運(yùn)行方式下，歸算到23KV電壓等級，系統(tǒng)的等值阻抗為0.127065歐，變壓器的阻抗為0.0987歐，

16、發(fā)電機(jī)的直軸暫態(tài)電抗為0.213歐，從以上參數(shù)可知，在系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)，振蕩中心往往落在發(fā)變組內(nèi)部，使機(jī)端電壓大幅度波動(dòng)，廠用機(jī)械難以穩(wěn)定運(yùn)行，可能造成停機(jī)、停爐或爐膛爆炸，同時(shí)振蕩電流在較長時(shí)間內(nèi)反復(fù)出現(xiàn)，使發(fā)電機(jī)的大軸遭受周期性的振蕩扭矩，可能使大軸扭傷或縮短運(yùn)行壽命1。圖五：失步保護(hù)工作原理    本保護(hù)為GE公司生產(chǎn)的集成電路保護(hù)，由GSY51A,CEX57E,PJC11AV三個(gè)繼電器組成，其中CEX57E繼電器構(gòu)成直線方向阻抗特性，GSY51A繼電器構(gòu)成偏移阻抗圓特性，PJC11AV繼電器起零序閉鎖作用，對失步保護(hù)的求是及時(shí)檢測出非穩(wěn)定振蕩故障，

17、保護(hù)可靠動(dòng)作，在短路及穩(wěn)定振蕩時(shí)應(yīng)不動(dòng)作。為準(zhǔn)確地應(yīng)用本繼電器，需了解以下的參數(shù)：發(fā)電機(jī)的失步特性，發(fā)電機(jī)的最大滑差系數(shù)，本系統(tǒng)的最快振蕩周期等特性和振蕩電流水平。其動(dòng)作特性分析如圖五可知：正常運(yùn)行發(fā)電機(jī)工作點(diǎn)為S1（S2）,短路后阻抗向量末端為D,短路后阻抗躍變軌跡為1，不會使失步保護(hù)誤動(dòng)，曲線2為穩(wěn)定振蕩的阻抗軌跡，雖然進(jìn)入GSY51A繼電器動(dòng)作圓內(nèi)，但即退出圓外，不會使失步保護(hù)誤動(dòng)。在高壓系統(tǒng)一點(diǎn)接地發(fā)展到兩點(diǎn)接地，其阻抗變化軌跡為由G1到G2點(diǎn)的軌跡4，可能使失步保護(hù)誤動(dòng)，為此在主變高壓側(cè)中性點(diǎn)接有一個(gè)反映接地故障的零序過流繼電器50N，當(dāng)發(fā)生接地故障時(shí)，50N瞬時(shí)動(dòng)作，將失步保護(hù)出口

18、回路斷開，起到閉鎖失步保護(hù)的作用(該保護(hù)定值按偏移圓阻抗特性的末端發(fā)生接地故障有靈敏度整定)。CEX57E繼電器是一種具有歐姆單元特性的高速感應(yīng)杯式元件，其兩條動(dòng)作特性線整定與輸電線路阻抗特性平行，并以發(fā)電機(jī)電勢和系統(tǒng)電勢角差達(dá)到120度時(shí)進(jìn)入該繼電器動(dòng)作區(qū)和電勢角差達(dá)到260度離開該繼電器動(dòng)作區(qū)作為該兩條動(dòng)作特性線的整定依據(jù)。GSY51A繼電器包含一個(gè)偏移圓特性的歐姆型距離元件，整定其正向偏移為變壓器阻抗加上后廈線距后石電廠側(cè)60%的線路阻抗，反向偏移區(qū)約為3倍的發(fā)電機(jī)直軸暫態(tài)電抗，在該范圍內(nèi)振蕩阻抗軌跡曲線3穿過整個(gè)直線和圓特性，失步保護(hù)可靠動(dòng)作。若振蕩中心落在上述范圍以外時(shí)，本失步保護(hù)可靠不動(dòng)作，由系統(tǒng)振蕩解列裝置來切除機(jī)組，兩者之間可