火电厂发电机失磁保护阻抗判据的探讨.pdf

第 3 8 卷 第 2 0 期 2 0 1 0 年 1 0 月 1 6日 电力 系统 保 护 与控制 P o we r S y s t e m P r o t e c t i o n a n d Co n t r o l 、 ， o 1 - 38 No． 2 0 0c t ．1 6 ． 2 0 1 0 火电厂发电机失磁保护阻抗判据的探讨 刘一丹 ，张小易 ，崔晓祥 1 ． 江苏方天电力技术有限公司，江苏 南京 2 1 1 1 0 2 ；2 ． 江苏省电力试验研究院有限公司，江苏 南京 2 1 1 1 0 2 摘要介绍了火电厂失磁保护所应用阻抗判据的特点，分析失磁保护在机组进相运行时容易产生误动的原因，是由于励磁系 统低励限制与失磁保护的整定配合不合理，低励限制曲线与阻抗圆有交叉。指出了国产部分失磁保护反向无功判据上存在的 一 些问题，这些无功判据并不能切掉阻抗圆的上半部分。利用机组容量曲线以及失磁保护阻抗圆与低励限制曲线的关系，提 出了应用低励限制曲线来验证阻抗判据整定是否合理的方法。并利用机组进相试验的数据来进一步分析失磁保护能否误动。 关键 词失磁保护；低励限制； 阻抗 Di s c us s i o n of t he r ma l po we r p l ant g e ne r a t o r r e s i s t a nc e c r i t e r i on f or l o s s o f e xc i t a t i o n pr o t e c t i o n LI U Yi ． d a n‘ ， ZHANG Xi a o ． y i ， CUI Xi a o ． x i a n g 1 ． J i ang s u F r o n t i e r E l e c t r i c P o we r T e c h n o l o g y C o r p o r a t i o n L i mi t e d ，Na n j i n g 2 1 1 1 0 2 ，C h i n a ； 2 ． J i a n g s u E l e c t r i c P o we r R e s e a r c h I n s t i t u t e C o rpo r a t i o n L i mi t e d ，N anj i n g 2 1 】 1 0 2 ，C h i n a Ab s t r a c t T h e c r i t e r i o n c h a r a c t e r t i s t i c s o f g e n e r a t o r l o s s o f e x c i t a t i o n a r e i n t r o d u c e d． T h e r e a s o n o f l o s s e x c i t a t i o n f a u l t a c t i o n d u r i n g l e a d i n g p h ase t e s t i s a n a l y z e d t h a t u n d e r e x c i a t a t i o n l i mi t e d c u r v e i s c r o s s e d wi t h e x c i t a t i o n r e s i s t a n c e r o u n d ． Th i s p a p e r p o i n t s o u t t h a t r e v e r s e r e a c t i v e p o we r c u r v e o f s o me l o s s e x c i tat i o n p r o t e c t i o n ma d e i n Ch i n a C a l l n o t c u t o ff t h e t o p o f e x c i t a t i o n r e s i s t a n c e r o u n d．By u s i n g t h e r e l a t i o n s h i p b e t we e n u n d e r e x c i t a t i o n l i mi t e d c u r v e a n d u n i t c a p a c i t y c u r v e a n d l o s s e x c i tat i o n p r o t e c t i o n r e s i s t a n c e r o u n d ， a me t h o d i s p r o p o s e d t o t e s t i f y wh e t h e r t h e c a l c u l a t i o n o f l o s s e x c i t ati o n r e s i s t a n c e i s r i g h t o r n o t t h r o u g h u n d e r e x c i t a t i o n l i mi t e d c u r v e ． T h e l e a d i n g t e s t d a t a i s u s e d f o r f u r t h e r an a l y z i n g wh e t h e r t h e l o s s e x c i t a t i o n p r o t e c t i o n C an a c t r i g h t l y o r n o t ． Ke y wo r d s l o s s e x c i t a t i o n p r o t e c t i o n； u n d e r e x c i tat i o n l i mi t e d； r e s i s t a n c e 中图分类号 T M7 7 文献标识码B 文章编号 1 6 7 4 - 3 4 1 5 2 0 1 0 2 0 - 0 2 3 5 0 3 0 引言 隐极发电机失磁保护在运行过程中要经过三个 阶段第一阶段是机组失去静稳之前的过程 功角 小于 9 0 。 ；第二阶段是机组进入静稳极限状态 功 角等于 9 0 。 ；第三阶段是机组进入异步运行 功角 大于 9 0。 状态 。这三个阶段从发 电机机端所得到 的测量 阻抗分别不同。图 1为单机对无穷大系统简 图，发电机与无穷大系统之 间的阻抗为 ， 假设无 穷大母线处电压 恒定不变。 图 2就是在机端侧测量到的三个阶段的阻抗边 机端侧 母线侧 夸 P ． Q ， 。 图 1单机系统简化图 F i g ． 1 Di a g r a m o f s t an d - a l o n e s y s t e m 界 示意 图。第 一阶 段 是等 有功 阻抗 圆 ，圆心 为 Z c j ， 半 径 为 z 豢， 如 图 2 所 示 ， 每 个 等有功圆对应某一个给定的有功功率 ，不同的有功 功率对应 圆的半径也不一样 ，功率越大等有功圆的 半径越小。第二阶段机端测量到的阻抗边界理论上 也是一个 圆，即静稳边界阻抗圆，圆心 Z c _ j 一 挺／ 2 ，半径 z ／ 2 。第三阶段的异步边界 是工程上一种近似表达发电机异步运行时机端阻抗 1 ． 边界，圆心为 z --j 妄 ，半径 1 ．． ．． Z r X d 一 ， 一 般地， 将异步阻 抗 边界圆 1 ． 以_ _ 代替。 2 发电机在进相运行时，机端测量阻抗轨迹就可 ．． 2 3 6．． 电力 系统保护与控制 能落到阻抗平面的第四象限。如图 2所示，机端测 量到的等有功圆有可能与静稳边界阻抗圆或异步边 界阻抗圆相交，相交后失磁保护就动作了。为避免 发电机进相运行时失磁保护误动作，必须对失磁保 护 的整定结果进行验证。 J 姗彻 ／ ／／ 人 静 稳 边 界 ／ ＼ ／ ＼ ＼ 异步边 界 ～ 图 2失磁保护 的几个阶段过程阻抗 圆比较 Fi g．2 Re s i s t a n c e r ou nd s c o mp a r i s on f or l os s o f e x c i t a t i o n pr ot e c t i on s t a ge 1 火 电厂几种失磁保 护阻抗判据特点 国内6 0 0 Mw 及 以上火电机组发变组保护主要 分为以下几类 1 南京南瑞继保电气公司生产 的R CS 9 8 5 系列 发变组保护装置； 2 南京国电南 白凌伊 电力 自动化有限公司生 产的 DG T 8 0 1 系列发变组保护装置； 3 北 京 四 方 继 保 自动 化 股 份 有 限 公 司 C S C ． 3 0 6数字式发电机保护装置； 4 河南许继电气公司生产的 WF B ． 8 0 0发变组 保护装置； 5 A B B公司 R E G2 1 6数字式发电机保护装置； 6 美国 G E公司生产的UR系列 G 6 0发电机保 护装置 。 国产保护阻抗判据均有两种，一个是静稳边界 阻抗 圆，另一个是异步边界阻抗 圆；国外保护如 A B B及 G E的失磁保护只采用异步圆。 其 中 G 6 0的 失磁 1 段阻抗圆是异步圆内的一个小圆，失磁 1 段 需要有 5 0 ms的延时以确保装置检测 P T断线的时 间，并且失磁一段能够从阻抗半径上躲开发电机出 口经过渡电阻的相问短路；失磁 2段是针对任何工 况下机组失磁的情况，失磁 2段是个异步圆，为确 保失磁 2段不误动，一般要求失磁 2段整定的延时 最小 为 0 ． 5 S 。 图 3就是部分国产失磁保护说明书描述的静稳 边界阻抗及异步阻抗示意图，其阻抗平面上都有一 个反向无功的辅助判据 。从保护的整定上看，很容 易被这种示意图误导。而反向无功曲线在阻抗平面 上其实并不是如图 3所示的能够切去阻抗圆一部分 的直线，反向无功 曲线转化到阻抗平面上实际上如 图 4所示 。 』 - Z1 ／ 一 、 、 ＼ ． _ _ l 一 图 3部分国产失磁保护反向无功曲线 F i g - 3 Re v e r s e r e a c t i v e p o we r c u r v e o f l o s s e x c i t a t i o n p r o t e c t i o n ma k e d b y s o me i n l a n d ma n u f a c t u r e r s 图 4 所示的反向无功曲线 反向2 0 ％以内在 阻抗平面上是远离阻抗圆的曲线。越靠近阻抗圆侧 越是有功负荷较大集中区，远离阻抗圆则是有功负 荷较小的区域。从图 4不难看出，反 向无功曲线并 不能切去阻抗圆的上部。 所 以在失磁保护的整定上， 可以不用考虑反向无功的整定 大部分保护厂家要 求反 向无功在 2 0 ％以内 。 l 静稳圆 ／ 一 ／＼ 异 步 圆 ， 图 4反向无功曲线在阻抗平面上的轨迹 F i g ． 4 T r a c k o f r e v e r s e r e a c t i v e p o we r c u r v e i n卜x r e f e r e n c e f r a me 2 低励 限制与失磁保护阻抗特性配合 要验证失磁保护阻抗判据的整定是否合理，可 以通过发 电机励磁系统的低励 限制 曲线来进行验 证。一般地，发 电机励磁系统的低励限制曲线是在 P ． Q平面上的无功功率和有功功率的关系 。 低励限制的边界应该依据发 电机制造厂提供的 发电机容量 曲线来确定的。在 P ． Q平面上 ，二者之 间的关系应按照图 5所示。 低励限制边界是在 P ． p平面上的，可以根据公 式 1 、 2 转化至阻抗 r _ 7 c 平面上的曲线。 刘一丹，等 火电厂发电机失磁保护阻抗判据的探讨 O 低 励 限 制 【 ／ ／ ， V ， ／ ，／ J ～～ ⋯ ／ ＼ 制造厂提供的容 ⋯ 3 某厂进相试验数据 的分析 ， 很多电厂都担心发电机做进相试验时， 失磁保护 ⋯ 是否容易误动。 其实只要阻抗圆与低励限制 曲线配合 合理，失磁保护是不会误动的。下面通过某厂进相试 验的数据描绘了其进相运行的阻抗轨迹 图 8 。 此厂失磁保护采用异步圆，圆的上下阻抗分别 为Z 1 一 2 ． 5 3 Q；Z 2 一 3 6 ． 2Q。 表 1为该厂做进相试验的部分数据记录，根据 进相试验的数据，做 出了阻抗平面上的机组实际运 行的阻抗轨迹 图 8阻抗圆右侧 。 可以看出阻抗轨 曲 线 迹离阻抗圆还有一定的距离 。 图 5低励限制曲线与容量曲线的关系 Fi g． 5 Re l a t i on s h i p be t we e n u nd e r e xc i t a t i o n l i mi t e d c ur ve a nd c a p a b i l i t y c u r v e 利用公式 1 、 2 ，将 图 6的 P ． Q平面上的 低励 限制曲线转化为 平面上的阻抗 曲线 ，并且 和失磁保护整定的静稳圆与异步圆对比 如 图 7所 示 ， 低励限制 曲线完全在阻抗圆之外 ， 说明失磁保 护的阻抗圆整定比较合理。 Q， M a r P w 1 OO ～ 一 2 0 0 _ 300 图 6某厂低励限制曲线 F i g ．6 Un d e r e x c i t a t i o n l i m i t e d c u r v e o f a p o we r p l a n t ～韩 稳圆 r 圆 ／／／ 低 励 限 制 曲 线 ， ， 图 7某厂低励限制曲线和阻抗圆之间的关系 F i g ． 7 Re l a t i o n s h i p b e t we e n u n d e r e x c i t a t i o n l i mi t e d c u r v e a n d r e s i s t a n c e r o un ds J } l 0 5 V 4 。 图 8进相试验时阻抗轨迹与异步圆 比较 F i g ． 8 Co mp a r i n g r e s i s t a n c e t r a c k wi t h a s y n c h r o n i s m r o u n d 表 1某厂进相试验数据记录 T a b ． 1 T r a c k r e c o r d f o r l e a d i n g t e s t o f a p o we r p l a n t 下转第 2 4 0页c o n t i n u e d o n p a g e 2 4 0 器器 I l r ，●●● ●●●●●● ●，●J、●●● ●●●●，● ●●●l ．．2 4 0 ． ． 电力 系统保护与控制 此时，一方面如图 l b 、 中所示继电器 K 2的动合触 点 K 2 1 、2 接通 ，驱动器 H 2得电，驱动 L E D 文字显示器 “ 严禁合闸”闪亮，提醒操作人员注意 对应的设备处于检 抢 修状态，接地线 已挂接， 切不可合闸。由此，有效地避免了设备带接地线时 误合电源总闸行为的发生。另一方面如图 1 d 中所 示继电器 K 2的动断触点 K2 3 、4 断开，切断了 电动操作开关的工作电源 ，智能控制器对设备的电 源总闸进行 闸刀状态的锁控 即便操作人员想合设 备电源总闸都无法实施 ， 从而有效地防止了误操作 事故的发生，确保 了操作人员安全和设备安全 。只 有当设备检 抢 修结束 ，摘除图 2夹接在设备 电源 上接地棒 线后，设备接地铝排 D与接地取样铜 板 Q不相连，继电器 K 2动合触点 1 、2 断开， L E D显示装置图 1 f b “ 严禁合闸”指示熄灭，则设 备方可进行合闸操作。与此同时，电操智能控制系 A村1 - 3 3 8 0V B十 _] C牛 { 】 图2负载挂接接地线时电路示意图 F ig．2 S c h e ma t i c d i a g r a m o f t h e l o a d a t t a c h e d g r o u n d i n g r o d s 统如图 l d ，继 电器 K2的动断触点 K 2 3 、4 接 通，闸刀状态锁控解除，智能监控器方才允许操作 人员对设备电源总闸做合闸操作。应用 F WC智能 监控保护器负载挂接接地线示意图如图 2所示。 4 结束语 F WC智能监控保护器，不但具有能够可靠地、 实时地监测设备工作状态，有效锁控设备电源总闸 电动操作开关动作，防止误拉、误合 电源等功能。 同时，还具有减轻操作人员劳动强度缓解操作人员 精神压力等作用。 在制作应用方面， 具有取材方便、 安装简单、应用广泛、实用性强，可靠性、安全性 等优点。可在任何带负荷的电源 电动操作开关中推 广应用。 参考文献 [ 1 ] 高 国明． 最新 电力系统安全生产规程及运行与意外 故 障防范应急处理实用全书 [ M】 ． 北京 中国电力出版 社 ， 2 0 0 6 ． 收稿 日期 2 0 0 9 - 1 1 - 0 5 ； 修 回 日期2 0 1 0 - 0 1 0 5 作 者简介 程林飞 1 9 5 5 一， 男，大专，高级工程 师，主要研究方 向为广播发射台维护和管理； ． E ． ma i l c l f 9 9 6 1 2 6 ． c o rn 池钟填 1 9 6 7 - ， 男，本科，总工，高级工程师，主要 研究方向为广播发射台维护和管理； 曾国龙 1 9 6 4 - ，男 ，大专，工程师，主要研究方向 为广播发射 台维护。 上接第 2 3 7页c o n t i n u e d f r o m p a g e 2 3 7 4 结语 失磁保护是发 电厂涉 网保护中一项重要 的保 护 ，失磁保护的阻抗判据是其中的核心。发 电机进 相运行时失磁保护是否容易误动，主要还是看在阻 抗平面上低励限制曲线与整定的阻抗圆之间的关系 是 否合理 。 参考文献 [ 1 ] 王维俭．电气主设备继电保护原理与应用『 M】 ． 二版． 北京 中国电力出版社 ，2 0 0 2 收稿 日期2 0 0 9 - 1 1 - 0 5 修回 日期 2 0 1 0 - 0 4 2 1 作者简介 刘一丹 1 9 7 2 一 ，男，高级工程 师，硕士 ，主要从事电 力系统继电保护等工作；E ma i l l y d j s e p c 1 2 6 ．c o rn 张小易 1 9 7 8 一 ，男，工程师，硕士，主要从事电力系 统继电保护等工作； 崔晓祥 1 9 7 9 - ，男，_T - 程师，硕士，主要从事电力系 统继电保护等工作。