微机发电机差动保护_续前_

收稿日期: 1998�10�09 微机发电机差动保护(续前) 陆于平 � 史世文 (东南大学电气工程系, 南京 210096) � 吴济安 � 李 � 莉 � 周振安 (南京电力自动化设备总厂, 南京 210003) 分类号 � T M772 (上接本刊 1999年第 1期第 19页) 5 � 故障分量比率制动式差动保护 比率差动保护原理等由于反应的是电流全量大 小,因此它就必须克服正常运行时负荷电流给保护 带来的不利影响。从另一个角度来看, 可能会降低 保护的灵敏度。如果在保护构成时仅反应故障电 流,不反应负荷电流和缓慢的负荷变化的电流,从原 理上讲可以提高保护灵敏度。 保护动作方程: | IN�- I T�| �K �| IN�+ IT�| / 2 ( 23) 保护的特性如图 4。 图 4 � 故障分量比率制动式差动保护 � � 从理论分析, K �< 2故障分量比率制动式差动 保护在区内发生故障时, 一定能够动作,并且特性和 故障点的过渡电阻没有直接关系。保护实现时只要 克服很小的死区即可(图 4中的小方块)。 用微机保护来完成故障分量比率制动式差动保 护,应用微机的记忆优势实现起来并不困难; 但在实 现的时候, 以下问题必须充分考虑和论证。要确保 原理的充分实现,即保证保护在任何时候都以故障 分量比率制动式差动保护原理来运行。 5�1 � 启动环节 差动保护等快速保护一般都有启动环节, 以减 轻CPU 不必要的开销。但故障分量比率制动式差 动保护使用启动环节作为故障开始的条件显然是不 恰当的。因为微机保护如果长期处于启动状态, 保 护没有处理好记忆和放弃记忆的关系时, 将可能引 起保护在区外故障时误动。 5�2 � 开始记忆的条件 正常情况下电流是不应该被记忆的, 那么, 电流 突变多少时开始记忆呢? 以下因素应考虑:正常时, 尽量避免误记忆; 故障时,特别是轻微故障时要可靠 记忆;这一记忆的启动的灵敏度应和差动保护的灵 敏度相匹配;在外部故障切除时,不能误记忆。 5�3 � 记忆的时间长短 当突变量开始记忆时, 何时认为突变量已消失, 在主设备保护上是一个比较难以确定的量。记忆不 当,会给被保护设备带来严重的后果:若记忆时间太 长,当出现非正常记忆时, 可能会使保护误动;若记 忆时间太短, 当出现发电机内部故障而由于未立即 动作(如轻微故障,发展性故障)时,保护由于放弃记 忆而使保护拒动。 5�4 � 抗干扰性能 故障分量原理的抗干扰性能比较弱, 这种弱点 可以采用微机保护的算法以及软件冗余方法加以克 服。但由于这种原理本身的特点, 实现起来远不象 其他原理的差动保护那样简单。 需要说明的是在线路微机保护中, 使用故障分 量原理就不存在上述问题。因为, 在线路上根本不 存在这里谈的�轻微�故障问题。 6 � 不完全差动保护 6�1 � 原理 不完全差动保护是相对于传统的差动保护原理 而言的。在这里我们将传统的差动保护原理称之为 完全差动保护。不完全差动保护在原理构成上和比 率整定原理及标积制动原理是完全一样的,其差别 仅在引入到保护装置的电流量不一样。 完全差动保护, 发电机中性点电流的引入量为 相电流;不完全差动保护,发电机中性点电流的引入 量为单个分支或其组合的电流量。因此, 不完全差 动保护从保护装置的角度来看, 只要用传统的比率 制动原理和标积制动原理的保护装置即可完成。因 6 第 19 卷(第 2 期) 1999 年 4月 � � � � � � � 电 力 自 动 化 设 备 � � � � � � Electric Power Automation Equipment � � � � � � � � Vol. 19 No. 2 Apr. 1999 为,微机差动保护都具有根据一次 TA (电流互感 器)变比自动调整差流平衡的功能。但是,不完全差 动保护在理论上却具有完全差动所不具有的特点。 6�2 � 优势 6�2�1 � 匝间短路问题 完全差动保护从原理上来看, 不能反应匝间短 路,这是传统差动保护的美中不足之处。但不完全 差动, 由于发电机中性点发生的短路是同相分支短 路,使得在发生匝间短路时,差动的两个臂的电流就 不再平衡,差动保护动作,从而使得不完全的差动保 护能够反应匝间短路故障。 6�2�2 � 简化匝间短路保护 如果能保证匝间短路时, 不完全差动已具有了 足够的灵敏度, 那么传统的匝间短路故障保护就可 以简化或取消, 使发电机的运行更趋安全。 6�3 � 困难及解决办法或途径 不完全差动保护具有非常大的理论优势, 但在 实际应用过程中要解决好以下几个问题。 6�3�1 � 选择 TA的安装位置 由于在发电机中性点不再引入全电流, 那么究 竟应该引入什么样的电流, 即各分支的电流如何组 合? 显然组合的方式不同,得到的故障电流也不同。 同时由于发电机定子绕组的分布性,不同的 TA 安 装方式,差动保护的灵敏度也不完全一样,有时还相 差较大。因此, 选择正确合理的 TA安装位置,显得 非常重要。 目前国内许多高校对发电机内部短路的故障进 行了大量的分析,并形成了相应的计算软件包,这就 为合理地选择 TA的安装位置提供了理论依据。但 由于理论分析的复杂和烦琐, 各高校同时也在研究 简化的 TA 选择配置原则。 下面就是一种简化的方式: a/ 2 � N � a/ 2+ 1 (24) 式中 � N 为中性点侧每相接入的分支数; a 为发电 机每相的并联的分支总数。 式(24)其实是简单地取分支总数的一半, 如果 分支总数是奇数, 则取一半多 1。显然这种方式是 一种偏于安全的 TA 配置方式。对于特定的发电机 组,这种方式并不一定是最佳的,灵敏度也不一定最 好。它是完全差动保护和不完全差动保护之间的折 衷办法。它为不完全差动保护的应用指明了一条应 用方向。 6�3�2 � 和发电机制造厂的关系 发电机制造厂在制造发电机时,必须将 TA 的 布置方式考虑在内,如果没有考虑这一因素,不完全 差动保护也就无法实现。目前, 这一因素仍是限制 不完全差动保护应用的主要因素之一。 6�3�3 � 灵敏度问题 差动保护经过改造成不完全差动以后, 灵敏度 能否达到完全差动保护的灵敏度? 不完全差动保护 灵敏度究竟是多少? 回答以上问题,要靠理论计算,这就使得问题复 杂化。因为发电机内部的短路故障分析现在国内至 少有三个版本(如清华大学、华中理工大学、东南大 学)。这些版本依据的基础是非常理论化的,要在短 时间内让继电保护人员普遍了解和掌握较困难。另 外,这种分析软件本身还在不断发展和完善中。 6�4 � 应用不完全差动保护 在应用不完全差动保护时, 要比应用完全差动 保护注意的问题更多。 6�4�1 � TA的误差 由于发电机机端和中性点 TA 的变比不再相 等,不可能再使用同一型号的 TA,因此 TA的误差 增加了。 6�4�2 � 误差源增加 除了常规的误差以外,不完全差动会增加一些 误差源:例如,如果各分支之间的参数有一些微小差 异,那么在区外发生短路时, 就会引起额外的不平 衡。在全量中不存在的某些量, 在分支中可能存在, 例如,三次谐波分量电流。这同样会增加差动保护 的不平衡电流。 6�4�3 � 启动值 由于误差的增加, 不完全差动保护的启动电流 应该比完全差动保护的启动电流要大。 6�4�4 � 中间变流 由于差动两臂的 TA 变比不一样,微机保护并 不需要中间变流器来变流使差动平衡。在使用非微 机型的保护装置时, 应避免仅在一侧使用中间变流 器的状况。如确实需要,应两臂同时安装变流器,防 止由于两臂电流经过的路径不同出现故障时暂态响 应也不相同的情况,引起差动保护的误动。 6�4�5 � 灵敏度分析 要使用不完全差动保护, 灵敏度分析是必不可 少的。最好应经过两套以上不同原理的发电机内部 故障分析软件分别进行计算。如果发现灵敏度不满 足要求,就必须更改 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 。同时,灵敏度的分析 必须考虑过渡电阻的影响。 7第 2 期 � � � � � � � � � � � � � � 陆于平 等 � � � � 微机发电机差动保护 � � � � � � � � � � � � � � � 7 � 保护灵敏度 发电机保护的灵敏度按照传统定义方式是: 在 发电机机端发生两相短路时, 差动保护的灵敏度应 不小于 2。 显然,按照这样的条件去校核灵敏度,对差动保 护是完全能满足要求的。因此,有关 规程 煤矿测量规程下载煤矿测量规程下载配电网检修规程下载地籍调查规程pdf稳定性研究规程下载 也 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 , 对 于比率制动式差动保护的灵敏度不用校核, 灵敏度 自然满足要求。但仔细分析一下可以发现, 这样的 灵敏度校核没有任何意义,根本说明不了什么问题。 试想, 发电机机端发生两相短路的情况其实是发电 机发生的最严重的故障, 因为发电机极少发生机端 三相短路, 在发电机内部就更不可能发生三相短路 了,所以,以发电机机端发生两相短路来校核灵敏 度,根本不可能真实反应差动保护灵敏度情况。相 反,这种校核稍不注意还可能会对发电机组的安全 构成威胁。因为,以这种方式来校核灵敏度, 如果刚 好能满足灵敏度要求, 则真正在发电机内部发生短 路故障时将可能不动作。所以, 传统方式校核灵敏 度应该说是不正确, 至少是不全面的。 7�1 � 如何衡量发电机差动保护的灵敏度 比较合理的方法是用差动保护的�保护区�来衡 量。�保护区�可以用来衡量发电机内部发生轻微短 路故障时差动保护的反应能力。由于这种�保护区� 反应了对轻微故障的反应能力, 真正能反映出差动 保护的全面动作行为。 要做到研究发生轻微短路故障时差动保护的反 应能力,根本要解决的是发电机内部发生短路故障 时精确的理论分析。由于发电机定子短路的分析相 对复杂,早期由于客观条件限制对其研究相对较少。 计算机技术的迅速发展, 为一些复杂的数值计算提 供了可能。现在国内许多高校都相继开展了发电机 内部短路故障的研究。 7�2 � 短路电流分析要考虑的几个因素 �发电机内部故障分析, 既要分析严重故障时 候的情况, 更要分析轻微内部短路故障的情况。对 于差动保护而言,严重故障不存在灵敏度问题,而轻 微故障才是考核差动保护灵敏度的关键。因此, 发 电机内部短路分析软件需要在轻微故障时有较高的 精度。 �通常认为,发电机保护相间短路只有定子 同槽内的不同相绕组之间才会发生。因此, 对不同 的发电机,最轻微故障发生的情况不相同,它和发电 机定子绕组的分布有关。所以, 不同的机组所选择 的校核灵敏度的故障方式是不一样的, 更不能套用 结果。� 发生轻微短路故障时, 由于被短路的电势 非常小,所以,短路电流的大小也就对过渡电阻十分 敏感。因此在分析轻微短路故障时, 过渡电阻的因 素不能忽略。 7�3 � 发电机差动保护�保护区�的分析方法 7�3�1 � 分析差动保护在发生金属性短路故障时的 保护区 发电机发生金属性短路时的�保护区�的分析非 常简单。考虑一种极端情况: 即�短接�发生在中性 点上,且在中性点差动 TA 的内侧。显然, 这一�短 接�其实并不是短路故障,因为发电机中性点本身就 短接在一起,所以这种�短接�对发电机运行没有任 何影响。由于发生的是金属性�短接�, �短接�阻抗 为 0, 而中性点其他回路上均有 TA安装, 阻抗不可 能严格为 0, 差动保护的中性点 TA 中就没有电流 流过,而另一个臂(机端) TA 则流过发电机的负荷 电流,差动保护可靠动作。因此,差动保护的�保护 区�为定子 100%绕组。 显然这样的分析和得出的结论在理论和应用上 都没有意义。也即,在分析轻微故障时,如果忽略过 渡电阻的影响,结论就会走向谬误。 7�3�2 � 分析经过渡电阻短路时的�保护区� 在轻微故障时, 过渡电阻对短路电流的影响特 别大,因此选择合适的过渡电阻进行计算非常重要。 发电机内部发生轻微故障时过渡电阻究竟有多大, 现在还没有定论, 如果有这方面的资料,可按照实际 可能的过渡电阻计算。另外,国外进行的一系列实 验已经 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明, 电弧电阻当故障电流大到数百安培以 上时,电弧上的电压梯度几乎与电流无关,最大值一 般在每米电弧 1�4~ 1�5 kV。 可以根据以下公式估算: R g= 1 050 * l g / I g ( 25) 式中 � Rg 为过渡电阻( � ) ; l g 为电弧长度( m ) ,可以 按同槽上下绕组的金属部分实际的平均距离 计算; I g为电弧电流( A)。 7�3�3 � 分析同槽不同相的轻微短路故障 发电机内部发生的相间短路故障, 绝大多数是 在同槽不同相之间。因此分析这种情况下的最轻微 故障对具体的发电机具有实际意义。 7�3�4 � 分析同槽同相的轻微短路故障(匝间短路) 发电机内部发生的匝间短路故障, 绝大多数是 在同槽同相之间。因此分析这种情况下的最轻微故 障对具体的发电机具有实际意义。 8 � � � � � � � � � � � � � � � � � 电 力 自 动 化 设 备 � � � � � � � � � � � � � � 1999年 8 � TA断线的讨论 差动 TA断线后是闭锁发电机差动还是允许差 动保护跳闸是一个一直有争议的问题。主要有两种 观点: 一种观点认为, TA 断线不属于一次发电机故 障,不应该将发电机切除,如切除, 则认为误动,系统 运行管理部门持这种观点的比较多;另一种观点认 为, TA 断线虽不属于一次发电机故障, 但由于在 TA 断线处会产生高电压和电弧, 引起火灾、二次设 备损坏和人身事故, 会使事故进一步扩大,所以应该 将发电机切除。 这两种观点的争论其实是由以下背景造成的。 第一种观点背景是: �我国电力供应不足, TA 断线将发电机误切 除,会损失负荷及可能会引发电力系统不必要的其 他事故; � 规程限制。 第二种观点背景是: � TA断线发生的概率极小; � 目前还没有非 常成熟的 TA 断线判别方案, 现在 TA 断线的判别 一般都基于小电流和其他的辅助方法。由于 TA 断 线要在很短的时间内判出(比差动要快) , 而实际断 线过程并不象理论上分析的那样电流立即变为 0, 总是伴随着电弧生产等因素。所以,要想捕捉真正 的TA 断线比较困难; � 防 TA 开路的二次非线性 电阻质量不过关。如果 TA 断线不允许跳闸, 为防 止由此引起的高电压, 在 TA 二次必须安装防 TA 开路的非线性电阻。若非线性电阻质量不过关, 将 会引起 TA 二次的分流, 使差动保护误动。统计资 料表明,由于非线性电阻质量不过关造成的差动保 护误动占了 TA 断线误动的大多数。若不安装非线 性电阻,同时 TA断线时由差动保护直接跳闸,反而 可避免因非线性电阻问题造成的差动保护误动作, 大大减少差动保护误动几率; �二次设备的安全和 人身事故。TA二次断线会对二次设备的运行构成 威胁,引发火灾等; �目前我国电力供求矛盾已大大 缓解, 单机在电力系统中的影响也越来越小, 因此, 应多考虑设备的安全性。国外电网结构比较强, 已 普遍采用 TA断线直接跳闸的方案。 经过继电保护工作人员长期不懈地努力, 现我 国对待 TA断线的处理态度已发生了根本的变化。 处理方法为, TA断线引起差动保护动作时应跳闸, 同时发信; 当 TA断线不足以引起差动保护动作时, 由 TA 断线判别发信号、给予告警。 显然,若我国有关的规程都采纳 TA 断线允许 跳闸的方案, TA 断线的判别原理也将变得非常简 单且安全可靠了。 9 � 保护原理的先进性和保护装置性能的不 完善性 一套保护装置是否完善、合理,应该从各个方面 进行评价, 在原理及性能之间不能简单地划等号。 优秀的原理必须有合理的方式和手段将之实现, 而 实现的保护装置又要与其原理完全贴切, 要做到这 一点有时是比较困难的。 以上面提到的故障分量比率制动式差动保护为 例,这种原理在文献上已引发了相应的学术讨论。 故障分量比率制动式差动保护从原理的角度分 析具有优越的性能, 但这种原理的保护在实现时却 会遇到许多困难。如何使实现的手段和方法完完全 全体现原理的特点, 却是该保护在应用时需要研究 的主要问题和困难所在。 从理论上而言, 保护的实现当然是保护原理的 真实确切的体现, 但保护的实现并不象人们所想象 得那么简单。它除了硬件制造因素外, 还和实现的 方法、路径、设计人员的理论水平以及对保护的理解 程度等都密切相关。众所周知, 同一保护原理不同 的研究单位开发和生产的设备性能千差万别,其根 本原因就在此。因此, 保护原理先进加上保护的实 现手段和方法成熟才能称之为性能优良的保护。 如何来评价保护装置的优良呢? ( 1) 实践的验证。一个保护装置、一种保护原 理没有经过实践的考验,都不能称之为成熟的保护。 特别是应用单位的意见最重要。 ( 2) 先进的保护原理。先进的保护原理是装置 性能优良的基础; 也只有先进的保护原理作保障,保 护才会成功实现。 ( 3) 实现手段的评价。保护原理一旦提出并进 行论证后,实现手段和方法就是最重要的。要考核 实现方法的正确性, 依据就是实现的手段和方法能 不能处处严格按照�原理�的要求进行工作。原则虽 然清楚,但是要做到这一点是相当困难的,理想的方 法是由专家组进行论证。 ( 4) 灵敏性的评价。研究发现,有些灵敏度高 的保护原理, 其实是以牺牲电力系统的安全性为代 价的。保护虽然灵敏但由于安全性下降了,反而得 不到推广应用。 ( 5) 试验的评价。仅对保护的定值进行试验是 不够的, 也不能仅仅关心保护原理所具有的优点。 9第 2 期 � � � � � � � � � � � � � � 陆于平 等 � � � � 微机发电机差动保护 � � � � � � � � � � � � � � � 试验应包含保护在现场运行时可能遇到的所有的情 况,并重复进行多次试验。 上述评价并不排斥其他应有的实验。 10 � 发电机的安全性和可靠性问题 安全性和可靠性是抽象的概念, 对继电保护来 说可以理解为继电保护既不能拒动, 也不能误动。 但由于选择性和灵敏性要求往往是一对不可调和的 矛盾, 因此在考虑具体问题时, 就有一个� 度�的问 题。这种�度�的掌握其实和各种因素有关。 对保护装置而言,安全性希望保护装置不要误 动。为防止可能的误动, 在计算整定值的时候应该 偏于保守。如发电机差动的定值希望整定得大一 些;而可靠性希望保护装置不要拒动。为防止可能 的拒动,在计算整定值的时候应该偏于激进。如发 电机差动的定值希望整定得小一些,以减小�死区�, 提高灵敏度。如何调和这一矛盾,显然要从发电机 设备和电力系统两方面进行考虑。 随着电力系统的迅速发展,对继电保护的安全性 和可靠性评估的要求也在逐步地发生变化。在电力 系统比较弱的时候,象发电机组这样的设备在系统中 起着举足轻重的作用, 一台发电机被误切除, 其后果 轻则会使系统甩掉大量负荷,重则会引起系统的稳定 事故。所以保护的设计偏于安全,以保证系统安全, 尽可能不切机。最典型的例子是,发电机差动保护的 TA 断线,一律要求闭锁保护并告警,不跳闸。 电力系统的发展,使系统间联系越来越强,单台 发电机组在系统中所占的份额逐渐减少, 其影响也 就越来越小,同时发电机的切除和投入对电力系统 用户的影响又是间接的。因此, 即使一台发电机的 误切除,也可能不会给用户带来损失。基于这一点, 在继电保护的研究上可以多考虑一些(发电机)设备 的可靠性问题。因为随着主设备单台容量的不断增 大,设备故障时因继电保护的拒动或延缓动作对设 备造成的损失将是巨大的。同样, TA 断线也威胁 着人身及二次设备的安全。电力系统的不断完善与 合理,对待发电机差动保护的 TA断线处理方式必 然是允许差动保护直接跳闸。 要说明的是,考虑安全性和可靠性的问题要恰 当,任何走极端都对电力系统构成不利影响。但这 个�度�如何把握, 要根据电力系统的具体情况来确 定,不必搞一刀切。 11 � 结论 对发电机差动保护上长期存在许多值得探讨的 问题进行了详细的分析。包括发电机定子可能发生 哪些短路故障;比率制动原理的制动系数和斜率的 概念有什么差别; 如何理解标积制动原理的高灵敏 性;故障分量原理实现的关键在哪;不完全差动保护 需要解决的根本问题是什么;如何合理分析差动保 护的灵敏度;如何评价保护的性能更合理等,并尽可 能在详细的分析基础上给出相应的结论。 (续完) 参考文献 1 � ABB�Generator Prot ection Relay . 1995 2 � 陆于平,史世文, 吴济安等�WFBZ�01 型 600 MW 微机发 电机变压器组保护� 电力自动化设备, 1996, 16( 3) : 48~ 52; 1996, 16( 4) : 33~ 38 3� 王维俭,刘俊宏, 陈松林� 故障分量纵差保护的原理与实 践 � 电力自动化设备, 1997, 17( 3) : 3~ 6 4 � 李毅军� 对故障分量原理的微机型发变组差动保护在运 行中一些问题的探讨� 继电器, 1996( 4) 5� 朱声石� 关于数字式比率差动继电器 � 电力自动化设 备, 1998, 18( 1) : 7~ 10 6 � 王维俭� 电气主设备继电保护原理与应用 � 北京: 中国 电力出版社, 1996 (责任编辑 � 于 � 玲) Digital Differential Protection for Generator Lu Yuping, Shi Shiw en ( Southeast U niversity, Nanjing 210096, China) Wu Ji� an, L i Li, Zhou Zhen� an � ( Nanjing Elect ric Pow er Automat ion Equipment General Factory, Nanjing 210003, China) Abstract � It presents several principles of different ial protect ion for generators. In accordance w ith the arguments concerning protection such as sensit ivity , restraint factor, slope of operating characterist ic, TA secondary break and so on, a rational analysis is g iven in detail and some ideas of authors are pro� posed. Keywords � digital protect ion; different ial protection; generator 10� � � � � � � � � � � � � � � � � 电 力 自 动 化 设 备 � � � � � � � � � � � � � � 1999年