梅鋼熱電廠6#機失磁保護校驗方法探究

1、    梅鋼熱電廠6#機失磁保護校驗方法探究    江蔚【摘 要】文章主要論述了上海梅山鋼鐵股份有限公司熱電廠6#機在遵循常規(guī)校驗方法的基礎(chǔ)上，總結(jié)出一種簡單快速的校驗方法，既無悖于失磁保護的原理，又能確保發(fā)電機失磁保護動作的可靠性、準(zhǔn)確性。【關(guān)鍵詞】失磁;校驗;判據(jù)tm31 a 1674-0688（2020）02-0074-030 引言失磁是發(fā)電機較常見的故障，發(fā)電機失磁后，轉(zhuǎn)入異步運行要從系統(tǒng)吸收大量無功功率，如果系統(tǒng)無功儲備不足，將引起系統(tǒng)電壓下降，甚至造成電壓崩潰，從而瓦解整個系統(tǒng)。發(fā)電機從電網(wǎng)中大量吸收無功，影響并限制了發(fā)電機送出的有功功率。失

2、磁后，發(fā)電機轉(zhuǎn)入低滑差異步運行，在轉(zhuǎn)子及勵磁回路中將產(chǎn)生脈動電流，因而增加了附加損耗，使轉(zhuǎn)子和勵磁回路過熱。發(fā)電機失磁保護就是要保護機組不至于運行在異步狀態(tài)，以免危害發(fā)電機本體和電網(wǎng)穩(wěn)定。為確保發(fā)電機失磁保護動作的可靠性、準(zhǔn)確性，必須定期進行全面的校驗。但失磁保護與一般的保護相比，失磁保護的原理和校驗過程要深奧和復(fù)雜得多。困難是對主要判據(jù)異步阻抗圓的校驗，為判斷動作值的正確性，繼保校驗人員必須深刻理解其原理，進而構(gòu)建一元二次方程并求解，因此設(shè)計一種簡單快速的校驗方法是很有意義的。1 發(fā)電機失磁保護原理（1）發(fā)電機由正常運行到失磁異步運行，機端測量阻抗由第i象限逐步進入第iv象限。由此可知，發(fā)電

3、機失磁與否，可用無功功率反向及機端測量阻抗的變化作為失磁保護的主要判據(jù)。失磁保護阻抗圓包括異步圓和靜穩(wěn)圓。動作條件如下：（2）當(dāng)外部短路、系統(tǒng)震蕩、長線充電和電壓回路斷線，機端測量阻抗也會進入靜穩(wěn)邊界和異步邊界。因此，必須增設(shè)輔助判據(jù)才能保證選擇性。轉(zhuǎn)子電壓下降輔助判據(jù)。負序分量輔助判據(jù)。常用負序電壓或負序電流元件，作為失磁保護的閉鎖元件。當(dāng)出現(xiàn)負序時，閉鎖失磁保護。延時輔助判據(jù)。2 6#發(fā)電機失磁保護整定2.1 基本參數(shù)發(fā)電機機端ta變比：5 000/5 a;發(fā)電機機端tv變比：10/0.1 kv;發(fā)電機額定功率pe=60 mw;發(fā)電機額定電流ie=4 123.9 a;異步邊界阻抗圓參數(shù)：x

4、a=1.93 ，xb=32.6 。阻抗繼電器輔助判據(jù)（保護裝置內(nèi)部設(shè)定）：正序電壓6 v（相電壓）;負序電壓u2無功反向定值q=0.15 pe=0.15×60=9 mvar，對應(yīng)二次值為 =90 var;轉(zhuǎn)子低電壓定值ufd=30 v;機端低電壓定值：按保證廠用電安全和躲過強勵啟動電壓條件整定，uop=0.9ugn=0.9×100=90 v。3 傳統(tǒng)校驗方法3.1 校驗過程傳統(tǒng)校驗方法是選取5個相位角，即分別在電流電壓相角為30°、60°、90°、120°、150°時，測得異步阻抗圓的邊界動作值。在校驗過程中，所加電流、電壓

5、值采用試錯法直至保護動作。校驗結(jié)束后再構(gòu)建一元二次方程并求解，從而判斷動作值的正確性。根據(jù)上述整定值，計算坐標(biāo)原點到阻抗圓圓心1和異步邊界阻抗圓半徑。以=60°時為例，根據(jù)圖1構(gòu)建方程，則有：解方程得：z1=2.35 ;z2=27.65 。3.2 局限性（1）在校驗過程中，所加電流、電壓值采用試錯法，校驗時間長。（2）在保護校驗結(jié)束后，不能及時判斷動作值的正確性，存在返工、延誤工期的可能。（3）選取的校驗點有4個不具有特殊性，要用余弦定理求解方程，計算復(fù)雜。4 新校驗方法概況新校驗法法選取兩個縱向圓周點、兩個橫向圓周點及兩個切線點（從坐標(biāo)原點出發(fā)的直線與阻抗圓相切的點）這6個特殊試驗

6、點，并在校驗前事先計算出這6個點的理論動作阻抗值，再將該阻抗值換算成電流電壓值。保護校驗時，在計算出的理論動作值附近加入電流電壓量，避免了校驗的盲目性，且校驗后能及時判斷動作值的正確性，提高了工作效率。4.1 出口方式失磁i段：無功反向+定子阻抗判據(jù)，延時0.5 s，動作于發(fā)信。失磁ii段：無功反向+定子阻抗判據(jù)+機端低電壓判據(jù)，延時0.5 s，動作于跳閘停機。失磁iii段：無功反向+定子阻抗判據(jù)+轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)，延時1.0 s，動作于跳閘停機。4.2 異步阻抗圓臨界動作值理論計算按照整定值并結(jié)合圖1，事先做好理論動作值的計算，各點的計算值填入表1。（1）異步邊界阻抗圓半徑r= = =15.3

7、4。（2）坐標(biāo)原點到阻抗圓圓心1= = =17.27。（3）點1的電流電壓相角1=arccos =arccos =27.3°理論動作阻抗值z1= = =7.93 ;電流取1 a，則理論動作電壓值u1=z1×1=7.93×1=7.93 v。（4）點2的電流電壓相角2=180°-1=152.7°理論動作阻抗值z2=z1=7.93 ;電流取1 a，則理論動作電壓值u2=u1=7.93 v。（5）點3的電流電壓相角3=arctg =arctg =48.39°理論動作阻抗值z3= = =23.1 ;電流取1 a，則理論動作電壓值u3=z3

8、15;1=23.1×1=23.1 v。（6）點4的電流電壓相角4=180°-3=131.61°理論動作阻抗值z4=z3=23.1 ;電流取1 a，則理論動作電壓值u4=u3=23.1 v。（7）點5的電流電壓相角5=90°理論動作阻抗值z5=xa=1.93 ;電流取4 a，則理論動作電壓值u5=z5×4=1.93×4=7.72 v。（8）點6的電流電壓相角6=90°理論動作阻抗值z6=xb=32.6 ;電流取1 a，則理論動作電壓值u6=z6×1=32.6×1=32.6 v。4.3 失磁保護校驗過程4.3

9、.1 阻抗圓邊界值校驗以失磁保護ii段為例，退出失磁i、iii段。退出“發(fā)電機差動保護、發(fā)電機相間后備、發(fā)電機匝間保護、發(fā)電機啟停機保護、發(fā)電機工頻變化量差動”硬壓板;退出“無功反向判據(jù)”，控制字由1改0。將1id8、1id9、1id10試驗端子解開，加三相機端電流。將1ud1、1ud2、1ud3試驗端子解開，加三相機端電壓。按表1的數(shù)據(jù)逐個校驗圖2中的每個點，并將保護動作時的電壓值填入表中。點1校驗：電流加固定值1 a，相位超前電壓27.3°并保持不變，電壓從9 v起步，然后逐漸減小直至失磁保護動作。點2校驗：電流加固定值1 a，相位超前電壓152.7°并保持不變，電壓從

10、9 v起步，然后逐漸減小直至失磁保護動作。點3校驗：電流加固定值1 a，相位超前電壓48.39°并保持不變，電壓從25 v起步，然后逐漸減小直至失磁保護動作。點4校驗：電流加固定值1 a，相位超前電壓131.61°并保持不變，電壓從25 v起步，然后逐漸減小直至失磁保護動作。點5校驗：電流加固定值4 a，相位超前電壓90°并保持不變，電壓從6.5 v起步，然后逐漸增大直至失磁保護動作。點6校驗：電流加固定值1 a，相位超前電壓90°并保持不變，電壓從35 v起步，然后逐漸減小直至失磁保護動作。以第3個校驗點為例，理論動作電壓值是23.1 v，實測動作值為

11、23.09 v，動作值與理論值相符，動作正確。4.3.2 無功反向判據(jù)校驗以失磁保護ii段為例，退出失磁i、iii段。理論值計算：設(shè)三相電流i=2 a，=90°時，由公式qset= u線isin90°=90 var，計算得，u線=26 v，u相=15 v;投入“無功反向判據(jù)”，控制字由0改1;固定三相電流2 a和相位=90°不變，加三相電壓10 v（相電壓），則阻抗值z=5 ，落在異步阻抗圓內(nèi)，但失磁保護應(yīng)不動作;升高電壓，直至保護動作。校驗動作值為u相=15.1 v，對應(yīng)阻抗為z=15.1/2=7.5 （如圖3所示）。4.3.3 失磁ii段機端低電壓定值校驗整定

12、為uop=90 v，則u相=52 v;固定三相電流2 a和相位=90°不變，加三相電壓54 v（相電壓），則阻抗值z=27 ，落在異步阻抗圓內(nèi)，但失磁保護應(yīng)不動作;降低電壓，直至保護動作。校驗動作值為u相=52.1 v。4.3.4 失磁ii段轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)校驗無功反向判據(jù)退出，失磁阻抗圓條件滿足，電壓先大于35 v，在降低電壓至保護動作，動作電壓值為30.01 v，動作正確。5 新校驗法的創(chuàng)新點及優(yōu)越性（1）通過合理選擇6個特殊試驗點，無需構(gòu)建一元二次方程，用勾股定理即可求解理論動作阻抗值，計算方便簡單。（2）通過事先計算理論動作阻抗值，從而避免了校驗的盲目性，并且校驗后能及時判斷動作值的正確性，提高了工作效率。6 結(jié)論本文所探究的失磁保護校驗方案，是在分析上海梅山鋼鐵股份有限公司熱電廠發(fā)電機失磁保護校驗方法的基礎(chǔ)上，提出了一種較為合理的中小型發(fā)電機失磁保護的校驗方法，采用此方法校驗，既能夠節(jié)省校驗時間，又可提前對發(fā)電機進行并網(wǎng)。需要注意的是，失磁保護對