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摘要:近年来,G60数字式发电机保护在现代大型机组中得到了广泛应用,对其应用进行总结分析有着重要的现实意义。本文结合国内电网的实际情况,简要介绍了G60发电机保护装置的软件及硬件构成,分析了在我国大型机组中的保护配置的特点,以期对G60发电机保护的安全运行提供有益参考,促进发电机保护运行水平的不断提高。
关键词:发电机 G60 保护配置
0 引言
继电保护作为电力系统的保护和控制部分,是对电力系统中发生的异常或故障情况进行检测,从而直接将故障部分隔离、切除,或发出报警信号的一种重要措施。继电保护与电力系统一次设备密切相关,是保障电网可靠运行的重要组成分,具有可靠性、灵敏性、快速性和选择性四个特点[1]。随着我国电力系统容量日益增大,范围越来越广,对继电保护的研究越来越有着重要的现实意义。继电保护不仅需要采用国内外先进技术,同时需要根据一次设备的特点进行相应的改进和创新。本文就针对美国通用电气公司(GE公司)生产的发电机保护装置展开分析。
1 G60保护配置简介
G60发电机保护系统是一种发电机综合保护系统,由美国GE公司生产发电机的标准配置保护装置,属于新一代通用型UR 系列继电器中的一种,主要用于大型发电机保护。它可以满足发电机保护应用的任何要求,主要是采用模块化的硬件设计,硬件具有可扩展性,可根据现场实际应用灵活配置各种插件。其模件主要由人机接口(MODULAR HMI)及电源(POWER)、模拟量I/O(ANAIO)、开关量I/O (DIGIO)、数字信号处理器(DSP)、主处理器(CPU)等六个基本模块组成。模件采用抽屉式封装,便于插拔与维护,且这些模块之间采用高性能的高速数据母线通讯,避免了保护与通讯发生“瓶颈”问题。
G60发电机保护系统所保护的发电机容量最高可以为1000MW,具有强大快速的以太网通讯功能。此外,G60采用了面向对象的程序设计技术,模块化的实现各种不同功能。其功能强大,可以先进的自动化,能够实现保护、测量、控制、通讯等多种功能,包括广泛的I/O选择和配置并具有最大程度缩短发电机故障停机时间的特性。G60配有功能强大的通讯软件UR setup,具有完备的故障录波与事件记录功能。可以方便的通过软件完成录波与事件的获取、实时值监视、波形分析、定值设定、逻辑编程、实验调试等工作[2]。
2 G60保护配置特点
2.1 100%定子接地
发电机定子接地是指发电机定子绕组回路及与定子绕组回路直接相连的一次系统发生的单相接地短路。定子接地故障是发电机的一种主要类型,如不及时保护和处理,容易引起故障点局部过热,烧毁定子线棒和铁芯,影响发电机的运行。GE保护装置提供了两段式三次谐波定子接地保护,采用自适应原理,为实现100%定子接地,采用基波分量和三次谐波测量分别进行保护判断。100%定子接地保护采用对应于机端和中性点三次谐波电压不平衡的一种自适应电压差动特性[3]。对三次谐波电压式接地保护,G60装置通过采用一个发电机三次谐波电势必须大于一个门槛值才开放保护动作,这样可以使发电机中性点接地变压器一次或二次电压回路断线时,避免保护装置处所测量到的中性点三次谐波为降为0。
2.2 失磁保护
发电机由于自动灭磁,开关误跳闸,转子绕组故障,励磁机故障以及回路发生故障等原因会导致失磁故障发生。发电机的失磁故障会严重影响机组的安全运行。发生失磁故障后,励磁电流将逐渐衰减至零,发电机将过渡到异步运行,定子电压下降、电流增大,转子出现转差,在转子回路中出现差频电流,有功功率下降,无功功率反向增大,同时导致电力系统某些电源支路过及电流电压下降。失磁保护也称失励保护,也就是励磁电压降低,在发电机励磁电流异常下降或完全消失的故障的情况下发挥主保护作用。由于G60发电机保护配置中失磁保护只有阻抗判据,根据《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》推荐,在逻辑中增加了系统低电压判别和发电机机端,并根据不同的动作逻辑动作于程序停机或报警。
2.3 失步保护
失步保护作为大型发电机的一个重要保护,对发电机稳定运行具有重要意义。G60发电机保护采用失步跳闸和系统震荡闭锁合一的保护功能通过跟踪正序阻抗轨迹来检测失步情况。G60发电机失步保护的圆形特性是由系统阻抗、发电机和主变形成一个综合阻抗,其基本原理是通过机端正序测量阻抗穿越这三组元件穿越时间来判断是否同步,并以此阻抗按不同的阻抗圆限制角在两边形成内环、中环、外环三组圆弧。本保护以正序阻抗轨迹穿越外圆和中圆的时间段的长短,来区分系统短路与振荡,以阻抗轨迹穿越外圆和中圆的时间段的长短来区分稳定振荡与失步振荡。测量抗阻轨迹为自左向右或自右向左穿越整定抗阻区域,当相邻两次时间间隔不超过2min时,每穿越依次滑极次数累加1。积累滑极次数达到整定滑极计数动作值时,则动作出口[4]。
2.4 匝间保护
匝间短路故障主要是同一项但不同分支的位于同槽上下层间的导体发生断路,还有因两点接地以及绕阻端部匝间短路而引起的匝间短路。G60发电机保护装置中采用的是纵向基波零序电压型定子匝间保护,并提供了发电机负序功率方向元件来作为匝间保护的一个判别条件。其主要有横差保护、零序电压原理的匝间保护和负序功率方向匝间保护三种方式。G60保护装置中的发电机TV断线判别元件和负序功率方向元件则能满足以上的要求。我国大机组大部分采用双Y接线,定子绕组几乎全部采用整数槽,因此其发生定子匝间故障的可能性是存在的[5]。而在我国大型机组中应用的G60保护装置中当一个绕组的少量匝数发生匝间短路时,3U0有颇大的数值,纵向基波零序电压型定子匝间保护的灵敏度很高。
2.5 低压记忆过流保护
低压记忆过流保护主要是电力设备继电保护的最后一道防线,地位重要。在当发电机当机端短路时,由于短路电流衰减很快,发电机后备保护的低压过流保护整定时限一般都在3S以上,还未起到保护作用时电流已衰减到很低,电流继电器已经返回,这时记忆功能能保证保护的可靠性。而在我国大型机组中应用的G60保护装置中,采用线电压作为低电压判据,用中性点电流为电流判据作为主要依据,用来记忆故障初始时刻过电流元件的动作。
3 结语
G60发电机保护是一种先进的保护与控制产品,具有保护功能相对完善,配置灵活,录波、时间记录及通讯功能强大,扩展升级方便等优势,在现代大型发电机组中获得了广泛的应用。但由于我国电网和欧美电网存在差异性,使用中也会有一定的缺陷,具体情况要结合我国实际,灵活配置。
参考文献:
[1]杨涛,刘栋.G60发电机保护在大型机组中的应用与运行分析[J].电力系统保护与控制,2009,27(11):112-115.
[2]沈明德.G60发电机保护配置探讨[J].广东电力,2008,21(3):40-43.
[3]孙翔.谈发电机保护方式[J].石河子科技,2009,1:27.
[4]朱卓玲.G60发电机保护装置中匝间保护的分析与讨论[J].华中电力,2007,20(4):42-44.
[5]娄建伟.G60型发电机保护装置拒动原因分析[J].电力系统保护与控制,2009,37(16):104-106.
关键词:发电机 G60 保护配置
0 引言
继电保护作为电力系统的保护和控制部分,是对电力系统中发生的异常或故障情况进行检测,从而直接将故障部分隔离、切除,或发出报警信号的一种重要措施。继电保护与电力系统一次设备密切相关,是保障电网可靠运行的重要组成分,具有可靠性、灵敏性、快速性和选择性四个特点[1]。随着我国电力系统容量日益增大,范围越来越广,对继电保护的研究越来越有着重要的现实意义。继电保护不仅需要采用国内外先进技术,同时需要根据一次设备的特点进行相应的改进和创新。本文就针对美国通用电气公司(GE公司)生产的发电机保护装置展开分析。
1 G60保护配置简介
G60发电机保护系统是一种发电机综合保护系统,由美国GE公司生产发电机的标准配置保护装置,属于新一代通用型UR 系列继电器中的一种,主要用于大型发电机保护。它可以满足发电机保护应用的任何要求,主要是采用模块化的硬件设计,硬件具有可扩展性,可根据现场实际应用灵活配置各种插件。其模件主要由人机接口(MODULAR HMI)及电源(POWER)、模拟量I/O(ANAIO)、开关量I/O (DIGIO)、数字信号处理器(DSP)、主处理器(CPU)等六个基本模块组成。模件采用抽屉式封装,便于插拔与维护,且这些模块之间采用高性能的高速数据母线通讯,避免了保护与通讯发生“瓶颈”问题。
G60发电机保护系统所保护的发电机容量最高可以为1000MW,具有强大快速的以太网通讯功能。此外,G60采用了面向对象的程序设计技术,模块化的实现各种不同功能。其功能强大,可以先进的自动化,能够实现保护、测量、控制、通讯等多种功能,包括广泛的I/O选择和配置并具有最大程度缩短发电机故障停机时间的特性。G60配有功能强大的通讯软件UR setup,具有完备的故障录波与事件记录功能。可以方便的通过软件完成录波与事件的获取、实时值监视、波形分析、定值设定、逻辑编程、实验调试等工作[2]。
2 G60保护配置特点
2.1 100%定子接地
发电机定子接地是指发电机定子绕组回路及与定子绕组回路直接相连的一次系统发生的单相接地短路。定子接地故障是发电机的一种主要类型,如不及时保护和处理,容易引起故障点局部过热,烧毁定子线棒和铁芯,影响发电机的运行。GE保护装置提供了两段式三次谐波定子接地保护,采用自适应原理,为实现100%定子接地,采用基波分量和三次谐波测量分别进行保护判断。100%定子接地保护采用对应于机端和中性点三次谐波电压不平衡的一种自适应电压差动特性[3]。对三次谐波电压式接地保护,G60装置通过采用一个发电机三次谐波电势必须大于一个门槛值才开放保护动作,这样可以使发电机中性点接地变压器一次或二次电压回路断线时,避免保护装置处所测量到的中性点三次谐波为降为0。
2.2 失磁保护
发电机由于自动灭磁,开关误跳闸,转子绕组故障,励磁机故障以及回路发生故障等原因会导致失磁故障发生。发电机的失磁故障会严重影响机组的安全运行。发生失磁故障后,励磁电流将逐渐衰减至零,发电机将过渡到异步运行,定子电压下降、电流增大,转子出现转差,在转子回路中出现差频电流,有功功率下降,无功功率反向增大,同时导致电力系统某些电源支路过及电流电压下降。失磁保护也称失励保护,也就是励磁电压降低,在发电机励磁电流异常下降或完全消失的故障的情况下发挥主保护作用。由于G60发电机保护配置中失磁保护只有阻抗判据,根据《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》推荐,在逻辑中增加了系统低电压判别和发电机机端,并根据不同的动作逻辑动作于程序停机或报警。
2.3 失步保护
失步保护作为大型发电机的一个重要保护,对发电机稳定运行具有重要意义。G60发电机保护采用失步跳闸和系统震荡闭锁合一的保护功能通过跟踪正序阻抗轨迹来检测失步情况。G60发电机失步保护的圆形特性是由系统阻抗、发电机和主变形成一个综合阻抗,其基本原理是通过机端正序测量阻抗穿越这三组元件穿越时间来判断是否同步,并以此阻抗按不同的阻抗圆限制角在两边形成内环、中环、外环三组圆弧。本保护以正序阻抗轨迹穿越外圆和中圆的时间段的长短,来区分系统短路与振荡,以阻抗轨迹穿越外圆和中圆的时间段的长短来区分稳定振荡与失步振荡。测量抗阻轨迹为自左向右或自右向左穿越整定抗阻区域,当相邻两次时间间隔不超过2min时,每穿越依次滑极次数累加1。积累滑极次数达到整定滑极计数动作值时,则动作出口[4]。
2.4 匝间保护
匝间短路故障主要是同一项但不同分支的位于同槽上下层间的导体发生断路,还有因两点接地以及绕阻端部匝间短路而引起的匝间短路。G60发电机保护装置中采用的是纵向基波零序电压型定子匝间保护,并提供了发电机负序功率方向元件来作为匝间保护的一个判别条件。其主要有横差保护、零序电压原理的匝间保护和负序功率方向匝间保护三种方式。G60保护装置中的发电机TV断线判别元件和负序功率方向元件则能满足以上的要求。我国大机组大部分采用双Y接线,定子绕组几乎全部采用整数槽,因此其发生定子匝间故障的可能性是存在的[5]。而在我国大型机组中应用的G60保护装置中当一个绕组的少量匝数发生匝间短路时,3U0有颇大的数值,纵向基波零序电压型定子匝间保护的灵敏度很高。
2.5 低压记忆过流保护
低压记忆过流保护主要是电力设备继电保护的最后一道防线,地位重要。在当发电机当机端短路时,由于短路电流衰减很快,发电机后备保护的低压过流保护整定时限一般都在3S以上,还未起到保护作用时电流已衰减到很低,电流继电器已经返回,这时记忆功能能保证保护的可靠性。而在我国大型机组中应用的G60保护装置中,采用线电压作为低电压判据,用中性点电流为电流判据作为主要依据,用来记忆故障初始时刻过电流元件的动作。
3 结语
G60发电机保护是一种先进的保护与控制产品,具有保护功能相对完善,配置灵活,录波、时间记录及通讯功能强大,扩展升级方便等优势,在现代大型发电机组中获得了广泛的应用。但由于我国电网和欧美电网存在差异性,使用中也会有一定的缺陷,具体情况要结合我国实际,灵活配置。
参考文献:
[1]杨涛,刘栋.G60发电机保护在大型机组中的应用与运行分析[J].电力系统保护与控制,2009,27(11):112-115.
[2]沈明德.G60发电机保护配置探讨[J].广东电力,2008,21(3):40-43.
[3]孙翔.谈发电机保护方式[J].石河子科技,2009,1:27.
[4]朱卓玲.G60发电机保护装置中匝间保护的分析与讨论[J].华中电力,2007,20(4):42-44.
[5]娄建伟.G60型发电机保护装置拒动原因分析[J].电力系统保护与控制,2009,37(16):104-106.