突加电压保护讲稿.doc

发电机突加电压（误上电）保护讲稿所有文档仅限本课题研发设计员参阅,外部人员参阅请到科研处索取. 撰写：陈海龙 时间：2004-09-17校核： 时间: 审查: 时间:一、 概述发电机并网前在盘车或静止时，发生出口断路器误合闸，或非同期合闸，系统电压突然加在机端，使发电机处于异步启动工况，由系统向发电机定子绕组倒送的电流（正序电流）在气隙中产生的旋转磁场在转子本体中感应滑差频率sf的电流（s为滑差、f为工频），其发热影响与发电机联网运行时定子负序电流相似，从而引起转子过热而损伤，特别是机组容量越大，相对承受过热的能力越弱；还可能由于润滑油油压不足使旋转轴承磨损。特别是发电机非同期合闸时，冲击电流主要为有功电流，发电机合闸并网后，发电机与电网立即交换有功功率，使机组大轴受到突然冲击，对机组及电网的安全运行十分有害。近年来国外已有大型发电机启停机时由于误上电而严重损伤以至报废的报道。目前，电力系统为了提高供电可靠性，使得系统接线变的复杂。如500KV系统中大量采用3/2接线方式，增加发电机误上电的几率。为此大型发电机组须配置误上电保护。下面以发电机无励磁盘车或静止情况下发电机误上电时，分析误上电的危害。发电机无励磁盘车或静止情况下发电机误上电时等效电路图如下： 图1：发电机无励磁情况下等效电路图图中：U- 系统电压、Xst- 系统电抗 、Xd-发电机暂态电抗、S转差、R转子电阻。定子电流： 以某国产300MW发电机组静止时为例：Xst = 0.25 、Xd =0.20、S=1，代入上式得。可见发电机误上电时的电流与发电机短路电流相当。发生误合闸后，转子表面的热量迅速积聚，达到发电机热积累极限而损伤发电机。负序电流在发电机气隙中产生的旋转磁场是逆转子方向转动的，转子本体以两倍的额定频率切割负序磁场从而感应电流引起转子发热。而发电机误上电时的定子电流在发电机气隙中产生的旋转磁场是以额定频率转动的，因此转子本体以额定频率切割磁场从而感应电流引起转子发热。如不计其他因素的影响，根据磁感应定律，误上电时2倍电流在转子中引起的发热和1倍的负序电流在转子中引起的热效应相同。在异步启动时，由于发电机的电抗接近Xd，并从系统中吸收有功功率，在阻抗平面上的工作点是在靠近-jXd的第III象限内。由于发电机启停机时误上电，发电机本身并没有发生故障，因此发电机差动等保护将不能动作。发电机反时限负序过流保护，设计的原则是保护发电机转子绕组不过热，该保护在发电机联网运行时能安全可靠地保护发电机因负序电流引起转子过热，但由于发电机在误上电时，没有负序电流，因此本保护也不能反应误上电操作，其他的保护设计一般都不是以发电机转子发热为条件，如对称过负荷保护、逆功率保护、阻抗保护等虽然能反应误上电操作，也由于其灵敏度太低或延时太长而达不到保护发电机的目的。为此大型发电机需要装设误上电保护。二、 误上电保护原理如下：图2：误上电保护原理图其中LK为灭磁开关接点（常开），断开为1，DL为主开关接点（常开），断开为正确区分正常并网和突加电压是误上电保护的关键。图2表示了误上电保护的原理逻辑框图。区别“停机及启动过程中励磁开关尚未闭合的过程中误上电”与“正常准确同期方式并网”的主判据为过流继电器。区别“停机及启动整个过程中误上电”与“正常准确同期方式并网”的另一个主判据为一个带缺口的全阻抗继电器。当停机、盘车或起动升速但磁场开关未闭合时误合闸，过流元件快速动作于跳闸，同时，由于发电机处于同步电机的异步起动过程，阻抗元件延时动作于跳闸，构成双重化保护；当并网前，机组启动，断路器断开，而磁场开关闭合时，过流元件退出工作，此时，若正常并网，阻抗元件不动作，误上电保护不会动作，若发生误合闸，阻抗元件动作于跳闸。大型发电机一般都是发变组单元接线，机端无断路器，都是以主变高压侧断路器并网，所以误上电保护的电压电流都取自主变高压侧。三、 定值整定：1电流元件整定整定原则：定值应为误上电时最小电流的50%。即误上电时应可靠动作。也可以误上电电流长期存在不损伤发电机为条件。一般发电机负序电流长期允许值为（35%）Ie，因此误上电电流不得大于（610%）Ie。一般取Iset =（610%）Ie。2 阻抗元件整定如图3，阻抗元件按躲过发电机正常方式并网1s后出现的最小负荷阻抗Zfh.min整定。正常并网DL合闸瞬间，DL主触头两侧的电压相位接近相等，此时发电机电势必略导前于主变高压侧母线电压，例如，并网后1s，由于自动调速使主汽门又开大些会增大些，例如，此时机组的有功输出较小，负荷电流一般不超过额定值30%，再考虑一些裕度，设此时的（为额定电流）。式中，-可靠系数，取=0.8； -主变高压侧额定线电压； -主变高压侧额定相电流； 按此方式整的阻抗圆很大，能保证正常并网时及并网后1s内有负荷电流的情况下阻抗元件可靠不动作，而误上电时阻抗元件能可靠动作。又考虑正常准确并网时及并网后1s内，假若有冲击，保护的测量阻抗有可能波动而落入圆内，则会导致阻抗Z误动作。为了防止这种误动作，增加低电阻型阻抗元件R。R与Z 组成与门输出。R 快速动作，误上电保护快速跳闸。因为机组并网前的过程中，LK处于断闸状态的过程最长，误上电多数在这个阶段内发生，电流元件快速跳闸有重要意义。再者，这种情况误上电机组属于同步电动机的异步启动，机组自系统吸收有功，主变高压侧的测量阻抗位于图3中的N点附近，Z 、R 动作，误上电保护经短延时t1动作跳闸。这是双重化保护出口。3并网前机组启动、DL断开、 LK闭合、且不满足同期并网的条件，这属于非同期合闸，有以下几种情况：1） 电机已加励磁，发电机转速小于同步速，且主汽门开口比较小，原动力小于发电机的空载损耗。若误上电时，发电机自系统吸收有功功率，发电机变成电动机运行。系统和发电机发生不稳定振荡或冲击，其特点是振荡滑差比较大，且随时间变化，有别于系统由于短路或短路故障切除等大干扰引起的三相对称振荡，短路或短路故障切除等大干扰引起的三相对称振荡滑差比较小，且平均值接近常数，其阻抗振荡轨迹为直线或圆，见图4中曲线（电动机与系统振荡）、曲线（发电机与系统振荡）。主变高压侧测量阻抗在圆内第III或第II象限摆动而最终稳定于圆内一点，见图4中1摆动到2，阻抗元件动作，误上电保护经短延时t1快速跳闸。由于阻抗圆很大，在圆外第III或第II象限摆动而最终稳定于圆外某点的可能性是不存在的。当进入圆内时，Z 动作，而R 早已动作，因此误上电后Z 可能立即动作也可能延迟一些动作，经t1短延时跳闸。延时t1的主要作用是防止干扰，延时返回t2的作用是：Z 动作后，由于振荡，Z 可能动作后又返回，周而复始，为了保证Z的输出，延时t2返回的是必要的，一般t2=0.51s。2） 电机已加励磁，发电机转速接近同步速，主汽门开口比较大。若误上电时，系统和发电机发生不稳定振荡，主变高压侧测量阻抗在圆内第I或第IV象限摆动而最终稳定于圆内一点，见图4中3摆动到4，阻抗元件动作，误上电保护经短延时t1快速跳闸。3） 系统和发电机之间发生稳定的小振荡摆动，并网后发电机与系统靠自整步作用牵入同步运行。这种情况虽然会给发电机带来冲击，不会给发电机带来任何损伤。这时测量阻抗落在整定圆外，阻抗元件不会启动。误上电保护不会误跳闸。 图4：分析误上电保护特性图（阴影侧为保护动作区）五：结论大型发电机误上电保护对机组的安全运行及系统稳定具有极其重要的意义。本方案的新型误上电保护既简单、可靠、特性又好。该误上电保护能够正确区分正常并网和误上电，且误上电时保护能够快速动作跳闸，保证机组安全。且能够做到机组正常运行时，误上电保护自动退出。解列期间，误上电保护自动投入。六：问题分析突加电压保护在机组并网后正常运行期间自动退出运行，但是由于开入量（断路器接点、励磁开关接点）在直流电源消失时的配合问题，及在发电机解列过程中，断路器接点位置变化问题，WFB800保护装置在现场运行一年多以来，突加电压保护出现过以下动作情况：.在50负荷下的拉合直流试验，在去掉保护屏的直流电源时，由于装置稳压开关电源衰减较辅助触点开入变化慢，导致突加电压保护动作。.在机组事故停机后，由于辅助触点开入的状态发生变位，导致突加电压保护动作再次跳相应的回路。.外部开入回路的直流电源消失时，由于开入量状态发生变化造成突加电压保护动作。出现上述保护动作的主要原因有：1） 阻抗元件整定值比较大，只要负荷电流大于37%Ie（正常并网后1s内出现的最大负荷电流），负荷阻抗就一直落入圆内。2） 主开关DL接点（常开）从合位到分位的判别时间太短，目前是10ms。提出的解决措施：1） 延长主开关DL接点（常开）从合位到分位的判别时间，保证断路器可靠跳开。突加电压保护的主要作用是保护发电机非同期合闸或在未加励磁时误合闸，如发电机转子静止、盘车、启动前暖机（汽轮机）或转子冲转加速过程中。保护反应的是主开关DL接点由分位到合位