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WFBZ－01型保护在调试运行中遇到的问题及解决方法 |
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| WFBZ－01型保护在调试运行中遇到的问题及解决方法 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 10:17:21  |
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王春 张为民
漫湾发电厂
1 引言
WFBZ－01型微机发电机变压器组保护是由东南大学和南京电力自动化设备总厂(以下简称南自厂)联合研制的600MW及以下容量发电机变压器组成套微机保护装置。漫湾发电厂于1998年开始在5×250MW发电机组的发电机变压器组保护更换中采用了WFBZ－01型微机发电机变压器组保护。本文就WFBZ－01型微机发电机变压器组保护在运行、调试中遇到的主要问题作简单介绍，并提出解决办法。由于现场的局限性，方法有不完善之处，欢迎同行批评、指正。
2 发电机不完全纵差保护
漫湾发电厂的定子绕组每相并联分支数为4，发电机纵差保护为不完全纵差保护，WFBZ－01型微机发电机变压器组保护中的发电机差动保护由传统的比率制动特性构成，差电流、和电流可以从装置上读取。发电机不完全纵差保护不仅能反应发电机定子绕组的相间短路，而且还能反应定子绕组匝间短路及绕组的开焊故障。在首台机组调试中，发电机电压建压正常尚未并网时，发电机不完全纵差保护差电流显示值变化较大，最大时达到0.102A，和电流显示为零，而发电机差动保护启动元件动作电流Iq整定值为0.15A。对发电机空载建压尚未并网，发电机不完全纵差保护就有如此大的不平衡电流，采用了以下方法进行处理：
(1)采用高精度毫伏表，再次对WFBZ－01型微机发电机变压器组保护装置A/D、滤波板电路的零漂进行检查，发现零漂无异常。
(2)采用高精度实验仪再次对WFBZ－01型微机发电机变压器组保护装置的采样精度进行校核，未发现异常。
(3)对发电机不完全纵差保护电流回路的引入电缆进行检查，电缆绝缘正常，屏蔽层接地良好 ，电流回路接地符合反措要求。
(4)采用试验仪器，模拟发电机区内外故障，检查WFBZ－01型微机发电机变压器组保护装置的发电机不完全纵差保护所用的变流器极性的正确性，发现极性正确无误。
(5)装设接地点，进行短路升流试验，检查发电机不完全差动保护电流互感器极性的正确性,发现电流互感器极性正确无误。
在未发现异常的情况下，对发电机定子线棒的接线、空间分布和发电机不完全纵差保护电流回路的接线进行认真分析，认为定子绕组每相采用4分支，发电机不完全差动保护中性点侧电流互感器取自每相并联分支的1.3分支，由于各并联分支绕组位于定子铁心的不同部位，而不同部位的定子、转子气隙不同，使各分支绕组电流不等，产生了一部分不平衡电流。为了证实这一问题，采取了以下方法：
(1)在同样工况下检查所有采用装在并联分支上电流互感器组成电流回路的差动保护，如发变组差动保护、三元件横差保护的差电流值，发现均与发电机纵差保护类似，差电流较大，均在0.1mA附近，和电流为零；而不采用并联分支上电流互感器构成电流回路的变压器差动保护，差电流为零。
(2)将装于发电机风洞内并联分支中发电机不完全纵差保护、发变组差动保护、三元件横差保护所有的电流互感器二次侧接线端子可靠短接，但不解除电流互感器与装置之间的电缆，在同样工况下，检查发电机不完全纵差保护、发电机三元件横差保护、发电机变压器组差动保护的差电流，发现差电流为零。打开所短接的电流互感器二次侧接线端子短路线，差电流增加至0.105A附近。
对发电机差动保护启动元件动作电流的整定值进行修改，参考了南自厂提供的整定方法Iq＝0.6～2.0A，清华大学王维俭老师所著的《发电机变压器继电保护应用》的整定方法Iq＝(0.1～0.2) I2n(I2n为电流互感器二次额定电流)，漫湾发电厂电流互感器二次额定电流为1A。第1种方法，极大地降低了发电机差动保护灵敏度，第2种方法的Iq整定是合理的。考虑在最大负荷下电流互感器的比误差，根据漫湾发电厂发电机定子绕组的实际分支情况，应充分考虑水轮发电机各组并联分支配置在不同的定子槽中，各槽对应的定转子间气隙的大小不同所产生的不平衡电流。将发电机差动保护启动元件动作电流Iq整定为0.25A，经过两年的运行，发电机差动保护多次在区内故障时正确动作。由于疏忽采用Iq＝0.15A的第2台机组，并网带负荷后发生误动。
提高发电机纵差保护启动元件Iq的整定值，使发电机差动保护不误动的做法是以牺牲发电机差动保护灵敏度为代价而换取的。从现场工作出发，在找出不平衡电流大的原因，而又限于是发电机构造引起，很难将不平衡电流减小至满意的值。通过适当提高启动元件电流Iq的整定值来保证发电机差动保护的安全性，对现场维护人员是必须的。笔者并不主张通过提高Iq整定值来保证发电机差动保护在区外故障不误动的方法。因为在区外故障时，在比率制动特性作用下，只要合理整定拐点电流(一般以发电机额定电流的二次值整定)，发电机差动保护运行是安全可靠的。
3 发电机3ω定子接地保护
漫湾发电厂发电机变压器组保护装有两套3ω发电机定子接地保护，该保护反应发电机机端和中性点侧三次谐波电压大小和相位。机端三次谐波取自机端TV的开口三角形绕组，中性点三次谐波电压取自发电机中性点消弧线圈辅助绕组。
根据南自厂的建议，发电机带20%～30%的负荷，在中性点挂接地电阻进行整定，整定值为2K,投运后，未发现3ω定子接地保护有误动现象。1999年，在发电机出口加装了由ABB公司生产的断路器，主接线如图所示，发电机断路器在发电机侧接有260nF电容，在变压器侧接有130nF电容，改变了封闭母线对地电容值，开关合闸、分闸后封闭母线对地电容量都有很大差别。开停机由操作500kV侧断路器改为操作发电机出口断路器。在加装发电机出口断路器后首次起励升压尚未并网时3ω发电机定子接地保护出口动作，并网后自动复归，发电机出口断路器断开后3ω定子接地保护又动作。对3ω定子接地保护重新试验，实验结果不令人满意，空载状态下加全电压，发电机断路器断开工况下，在中性点挂电阻进行整定，确定整定值为2K后将电阻断开，合上发电机断路器，将中性点所挂电阻接入。所加电阻降为2K时，3ω定子接地保护拒动；降至1K时仍未动作。将发电机断路器合闸，以同样方法整定，断开发电机断路器，3ω定子接地保护动作。3ω定子接地保护难以在不同工况下取得同一定值，且灵敏度也不相同。南自厂将两套3ω定子接地保护作如下处理：一套保护发电机空载工况，一套保护发电机并网工况，由发电机出口断路器的辅助接点对程序进行控制 。这种方法适用漫湾发电厂装有两套3ω定子接地保护的装置，若只有一套3ω定子接地保护将无法实现。制造厂应通过对参数的认真分析，优选保护原理来解决，如采用外加电源方式定子接地保护，或采用相位判别自适应式三次谐波定子接地保护来避免这种由于运行工况不同发电机三次谐波电压在正常运行时｜USO｜和｜UNO｜的幅值变化很大，幅值比较式三次谐波电压型定子接地保护整定调试困难，灵敏度过低的问题。
4 发电机失步保护
WFBZ－01发电机变压器保护的失步保护反应发电机机端测量阻抗的变化轨迹，能躲过系统短路和稳定振荡、动作特性采用易于用计算机实现的双遮挡器原理，阻抗元件电压取自发电机端TV，电流取自发电机端TA。
发电机失步保护投运后，在平常工况下发生动作。
(1)有功功率轻载长期运行，加速失步动作。
(2)轻载工况，发电机由滞相转为进相，无功功率进相至45Mvar，失步保护动作。
这两种工况下，失步保护动作有一定的概率，难以用实际工况模拟。反应发电机机端测量阻抗变化轨迹的失步保护，在不同有功功率下，发电机的动稳极限角不能确切反应，不借助于机组故障录波图分析，很难对其动作行为作正确评价，只能通过物理概念，对保护动作时的有功功率、无功功率进行分析。
失步保护在轻载工况下的动作，主要原因是发电机在轻载工况下，调速系统、励磁系统处于不很稳定状态，(相对于带负荷运行)发电机长期轻载运行时，发电机有功功率、无功功率波动，导致机端电压、电流也发生波动，反映发电机机端测量阻抗轨迹变化的失步保护，在电流电压的向量变化趋势满足整定条件时会发生动作，漫湾发电厂已更换的集成电路发电机失步保护上也发生过类似的动作。
漫湾发电厂参考了ABB公司发电机失步保护、南瑞公司安全自动装置中失步保护的处理方法，在发电机失步保护上增加一个小电流闭锁元件，整定值I＝0.15IN(IN为发电机定子额定电流二次值 )，当电流I≤0.15IN时，闭锁失步保护，这种措施对预防反映发电机机端测量阻抗变化轨迹的失步保护在轻载工况下动作是有效的。
轻载工况下，发电机由滞相转为进相运行，对进相至45Mvar时失步保护的动作做了简单分析：
(1)如果是发电机轻载工况造成，通过增加小电流闭锁元件可以预防。
(2)当并于无穷大系统的发电机在有功功率恒定转如进相运行时，该机组处于低励状态，电势降低，功角增大，发电机静稳裕度减小，易失去静稳定。漫湾发电厂发电机在轻载工况进相45Mvar时，是否失去静稳定，通过查阅漫湾发电厂进相试验的数据，进行分析。
①漫湾发电厂发电机进相运行限制条件(仅指电气参数)
·发电机定子电流不超过IN(10473A)；
·发电机必须保持稳定，不失步；
·功角小于60°；
·发电机端电压不低于14kV(额定电压15.75kV)。
②发电机进相试验数据
从试验数据可知，发电机进相深度随有功功率的减小而增大，当有功为233.4MW时，进相至109.1Mvar，功角δ达到最大为49.1°，离进相试验的限制功角60°尚有10.9°的裕度，发电机仍未失步，所以在进相45Mvar时不会失去稳定。对于发电机从滞相转为进相工况，采用反应发电机端测量阻抗轨迹变化的失步保护，当电压和电流间的向量移动从电压超前于电流变为电压滞后于电流时可能动作。发电机进相运行后，很容易靠近U形曲线上的不稳定区，造成真正失步，如果对这种工况下失步保护的动作信心不足，退出保护出口压板，将在发电机失步时对发电机、电网造成极大影响，甚至损坏发电机。
参考文献
1 王维俭.发电机变压器继电保护应用.水利电力出版社
2 汤山民.漫湾250MW水轮发电机进相试验.东方电机，1996(4)
3 南京电力自动化设备总厂.WFBZ－01微机发电机变压器组保护装置技术说明书
4 周德贵，巩北宁.同步发电机运行技术与实践.中国电力出版社
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