300MW发电机—变压器组的继电保护配置

300MW发电机—变压器组的继电保护配置

冯普锋

摘要：本论文主要论述了目前我国300MW发电机—变压器组继电保护配置与设计。阐述了继电保护专业对于保证电力系统安全稳定运行的重要意义和作用，首先从保证电网安全稳定运行的角度出发，如何配置发电机—变压器单元机组的继电保护，进一步提高电力系统稳定性为目的，从大型发电机组制造结构、新材料应用、各参数变化及适应电网运行等问题提出了对大型发电机组继电保护装置更高的要求。本文从继电保护配置、动作原理、设备选型、整定计算等四个方面进行了详细论述，特别是根据保证电力网的稳定性和电力系统反措的要求，对继电保护进行了双重优化，增加了失灵保护、电网零序电压、零序电流保护、阻抗保护等，并对上述保护整定计算原则进行阐述。本论文较好的应用了发电机、变压器保护基本理论知识，针对大容量发电机变压器组的基本特征，分析原始资料，充分保证电力系统安全稳定运行，着重运用新技术和新产品，实现了发变组的正常安全可靠运行。

关键词：发变组继电保护设计配置整定计算

1.大型发电机组的继电保护

1.1大型机组运行的特点及常见故障

(1).大型机组由于容量的增加，不论在设计参数，还是制造结构等方面都有一些新的特点，随着材料有效利用率的提高，造成机组的惯性常数明显下降，发电机的热容量与铜损、铁损之比也显著下降，使机组易于失步，因此，大型机组更有装设失步保护的必要。机组热容量的下降直接影响定子转子过负荷的能力，为了在确保大型机组安全运行的条件下，充分发挥机组的过负荷能力，定子绕组和转子绕组的过负荷保护不能再沿用以往的定时限继电器，而是采用反时限特性的过负荷保护。

(2).随着容量的增加和电机参数的变化，主要是xd、xd’、xd〃等电抗的普遍增大，而定子绕组的电阻相对减小，这些参数的变化导致下述结果：

（a）xd〃增大使短路电流水平相对下降，要求继电保护有更高的灵敏系数。

（b）xd的增加使发电机的静稳储备系数减小，因此，在系统受到扰动或发电机发生低励故障时，很容易失去静态稳定。

（c）xd xd’ xd〃等参数的增大使发电机平均异步转矩大大降低，因此，大型发电机组失磁，异步运行的滑差大，从系统吸收感性无功大，允许异步运行的负载小，

时间短，所以大型发电机更需要性能完善的失磁保护。

（d）xd’的增大使大机组在满载突然甩负荷时，变压器过励磁现象比中小机组严重，因此，大型变压器应装设过励磁保护。

(3).由于大型机组的材料利用率高，就必须采用复杂的冷却方式，在铁芯通风方面，有轴向，辐向通风槽，使铁芯检修困难，转子承受负荷能力降低，这些因数要求发电机单相接地保护和负序反时限保护有良好的性能。

(4)、单机容量的增大，使汽轮发电机轴向长度与直径之比明显加大，这将使机组运行的振动加剧，匝间绝缘磨损加快，因此，宜装设灵敏的匝间短路保护。

1.2运行方面对大型机组保护提出的要求

(1).由于单机容量增大，发电机保护的拒动或误动将造成十分严重的损失，因此，对大型机组的继电保护的可靠性灵敏性，选择性和快速性有更高的要求。

(2).大型机组的起停特别费时，费钱，以停机7-8小时的热启动为例，300MW机组就需要7小时，因此，在非必要的情况下，不使大型机组频繁起停，更不轻易使它紧急突然停机，这也

是继电保护应当考虑的问题。

1．3大容量变压器的运行特点及常见故障

现代生产的变压器，虽然结构可靠，故障机会较少，但在实际运行中，仍有可能发生各种类型故障和异常运行，为了保证电力系统安全连续地运行，并将故障和异常运行对电力系统的影响限制到最小范围，为此应根据变压器在运行中可能发生故障的类型装设必要的和可靠的保护装置

1、变压器的故障和不正常工作状态对变压器的主要故障及异常运行方式应装设相应的保护装置。

(1)绕组及其引出线的相间短路和在中性点直接接地侧的单相接地短路;

(2)绕组的臣间短路;

(3)外部相间短路引起的过电流;

(4)中性点直接接地电力网中,外部接地短路引起的过电流及中性点过电压;

(5)过负荷;

(6)过励磁;

(7)油面降低;

(8)变压器温度及油箱压力升高和冷却系统故障。

实践证明,上述故障中以油箱内绕组的故障较多,尤其是臣间短路。绕组故障产生的电弧,会烧坏绕组的绝缘及铁芯,引起绝缘材料和变压器泊的强烈气化,从而导致油箱的爆炸。其次,引出线的接地和相间故障也是常常发生的。最常见的变压器不正常工作状态是过电流,即工作电流大于额定电流,产生过电流的原因很多,主要有外部短路故障切除时间长、自动投入负荷、系统振荡等。另外,还有变压器油箱漏油造成的油面降低和油箱出现气体等。

2、对变压器保护的基本要求对变压器保护的基本要求有三方面:

(1)在变压器发生故障时应将它与所有的电源断开。

(2)在母线或其它与变压器相连的元件发生故障,而故障元件由于某种原因(保护拒动或断

路器失灵等)其本身断路器未能断开情况下,应使变压器与故障部分分开。

(3)当变压器过负荷、油面降低、油温过高时,应发出报警信号。

2大型发电机变压器组继电保护配置

2.1一般配置要求

根据上述大型发电机组的特点及其对保护的要求在设计大机组继电保护的总体配置时，应该比较强调最大限度的保证机组的安全，强调最大限度的缩小故障破坏范围，强调避免不必要的突然停机，强调某些异常工况下自动处理，也就是说，要有完善的总体配置。

通常大型机组保护装置可分为短路保护和异常运行保护两类。短路保护是用以反应被保护区域内发生的各种类型的短路故障，这些故障将造成机组的直接破坏，这类保护很重要。为了防止保护拒动或断路器拒动，应设主保护和后备保护。异常运行保护用以反映各种可能给机组带来危害的异常工况，这些工况不能很快造成机组的直接破坏，这类保护一般都是各装一套专用继电器，不设后备保护。

2．2双重快速保护设置

为了满足电力系统稳定方面的要求，对大机组故障要求快速切除，如在变压器高压侧发生短路故障时，通常要求切除故障的时间不大于0.1s，扣除短路器跳闸时间和中间继电器的动作时间，要求保护的动作时间不大于0.03-0.05s。从机组发热方面考虑，为了不损坏发电机，当机端发生两相短路时，要求在0.1s内切除故障，要求对发变组设置双重保护。一般采用如下方案：