新聞主題	發(fā)電機負序電流保護的作用和整定

 

摘要：負序電流保護是電力學(xué)術(shù)語(yǔ)，根據發(fā)電機在正常運行時(shí)負序電流分量很?。ń咏诹悖?，而在系統出現不對稱(chēng)故障時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生很大的負序分量電流，從而通過(guò)測量負序電流的大小可以判別是否發(fā)生故障。因此，負序電流保護是一種用于保護三相交流發(fā)電機的電氣保護裝置，它能夠檢測到電機中存在的負序電流，并及時(shí)切斷電路，以避免發(fā)電機過(guò)載、燒毀等故障。

 

一、負序電流保護的作用

 

      當電力系統中發(fā)生不對稱(chēng)短路或在正常運行情況下三相負荷不平衡時(shí)，在發(fā)電機定子繞組中將出現負序電流。此電流在發(fā)電機空氣隙中建立的負序旋轉磁場(chǎng)相對于轉子為2倍的同步轉速，因此將在轉子繞組、阻尼繞組以及轉子鐵芯等部件上感應出100Hz的倍頻電流。該電流使得轉子上電流密度很大的某些部位（如轉子端部、護環(huán)內表面等），可能出現局部灼傷，甚至可能使護環(huán)受熱松脫，從而導致發(fā)電機的重大事故。此外，負序氣隙旋轉磁場(chǎng)與轉子電流之間以及正序氣隙旋轉磁場(chǎng)與定子負序電流之間所產(chǎn)生的100Hz交變電磁轉矩，將同時(shí)作用在轉子大軸和定子機座上，從而引起100Hz的振動(dòng)，威脅發(fā)電機安全。

      發(fā)電機負序電流將作為轉子表層過(guò)熱的保護，同時(shí)可作為區外不對稱(chēng)短路的后備保護。負序電流在轉子中所引起的發(fā)熱量，正比于負序電流的平方與所持續的時(shí)間的乘積。在最嚴重的情況下，假設發(fā)電機轉子為絕熱體（即不向周?chē)幔?，則不使轉子過(guò)熱所允許的負序電流和時(shí)間的關(guān)系，可表示為

 

 

式中，i_2* ——流經(jīng)發(fā)電機的負序電流（以發(fā)電機額定電流為基準的標幺值）；

t ——電流i_2*所持續的時(shí)間；

I2 2* ——在時(shí)間t內i2 2*的平均值（以發(fā)電機額定電流為基準的標幺值）；

A ——與發(fā)電機型式和冷卻方式有關(guān)的常數。

      關(guān)于A(yíng)的數值應采用制造廠(chǎng)所提供的數據。其參考值：對于凸極式發(fā)電機或調相機可取A＝40；對于空氣或氫氣表面冷卻的隱極式發(fā)電機可取A＝30；對于導線(xiàn)直接冷卻的100～300MW汽輪發(fā)電機可取A＝6～15等。隨著(zhù)發(fā)電機組容量的不斷增大，它所允許的承受負序過(guò)負荷的能力也隨之下降（A值減?。?。A值較大的發(fā)電機，其耐受負序電流影響的能力強。

      針對上述情況而裝設的發(fā)電機負序過(guò)電流保護實(shí)際上是對定子繞組電流不平衡而引起轉子過(guò)熱的一種保護，因此應作為發(fā)電機的主保護之一。由于大機組的A值都比較小，承受負序電流的能力很小。因此，為防止發(fā)電機轉子遭受負序電流的損壞，在100MW及以上，A＜10的發(fā)電機上應裝設能夠模擬發(fā)電機允許負序電流曲線(xiàn)的反時(shí)限負序過(guò)電流保護。微機型的發(fā)電機保護均采用完善的反時(shí)限特性負序過(guò)電流保護，以保證發(fā)電機運行的安全。

 

二、反時(shí)限負序過(guò)電流保護

 

      反時(shí)限負序過(guò)電流保護反應發(fā)電機定子的負序電流大小，防止發(fā)電機轉子表面過(guò)熱。該保護電流取自發(fā)電機中性點(diǎn)TA三相電流，這樣可以兼作發(fā)電機并網(wǎng)前的內部短路故障的后備保護。負序過(guò)電流保護由定時(shí)限負序過(guò)負荷和反時(shí)限負序過(guò)電流兩部分組成。前者用以反應發(fā)電機負序過(guò)負荷，后者作為發(fā)電機轉子表層過(guò)熱的主保護及發(fā)電機區內、區外不對稱(chēng)短路的后備保護。負序過(guò)電流保護特性曲線(xiàn)如圖1所示。定時(shí)限負序過(guò)負荷定值為I_2ms，動(dòng)作于較長(cháng)延時(shí)t_s發(fā)信號。反時(shí)限過(guò)電流由上限定時(shí)限、反時(shí)限、下限定時(shí)限三部分組成。當發(fā)電機負序電流大于上限整定值I_2ms時(shí)，則按上限定時(shí)限t_up動(dòng)作；如果負序電流高于下限整定值I_2m，但又不足以使反時(shí)限部分動(dòng)作，或反時(shí)限部分動(dòng)作時(shí)間太長(cháng)時(shí)，則按下限定時(shí)限t₁動(dòng)作；負序電流在上、下限整定值之間，則按反時(shí)限動(dòng)作。

      負序反時(shí)限特性能真實(shí)地模擬轉子的熱積累過(guò)程，并能模擬散熱，即發(fā)電機發(fā)熱后若負序電流消失，熱積累并不立即消失，而是慢慢地散熱消失，如此時(shí)負序電流再次增大，則上一次的熱積累將成為該次的初值。

      反時(shí)限部分的動(dòng)作方程為：

 

 

式中，I_2* ——發(fā)電機負序電流標幺值；

K₂ ——考慮發(fā)電機發(fā)熱同時(shí)的散熱效應系數（不考慮散熱時(shí)取為0）；

A ——發(fā)電機的A值。

      發(fā)電機反時(shí)限負序過(guò)電流保護邏輯圖如圖2所示。

 

發(fā)電機負序過(guò)電流保護動(dòng)作特性曲線(xiàn)圖

發(fā)電機反時(shí)限負序過(guò)電流保護邏輯圖

 

三、負序過(guò)電流保護的整定

 

1、負序定時(shí)限過(guò)負荷

      負序定時(shí)限過(guò)負荷保護按發(fā)電機長(cháng)期允許的負序電流下能可靠返回的條件整定，即

 

 

式中，I_2．∞* ——發(fā)電機長(cháng)期允許的負序電流標幺值；

K_rel ——可靠系數；

K_re ——返回系數。

      動(dòng)作判據為：

I₂>I_2ms........................................(2-28)

      保護動(dòng)作后，經(jīng)t_s延時(shí)動(dòng)作于發(fā)信號。

2、反時(shí)限負序過(guò)電流

      上限定時(shí)限的動(dòng)作電流通?？砂炊氵^(guò)主變壓器高壓側兩相短路電流整定，即

I_2up=K_rel×I(2) k.T.h.................................（2-29）

 

式中，I(2) k.T.h 主變壓器高壓側兩相短路電流。

       反時(shí)限的動(dòng)作電流按發(fā)電機短時(shí)承受負序電流的能力確定，即

 

 

式中，A——與發(fā)電機型式和冷卻方式有關(guān)的常數；

K₂——考慮發(fā)電機發(fā)熱同時(shí)的散熱效應系數。

      下限定時(shí)限的動(dòng)作電流即為反時(shí)限負序過(guò)電流保護的啟動(dòng)電流，按發(fā)電機能長(cháng)時(shí)間（t_m＝1000s）承受的負序電流整定，即

 

 

      反時(shí)限負序過(guò)電流保護的時(shí)限特性為

 

 

式中，t_up——反時(shí)限特性上限動(dòng)作時(shí)限

t₁——反時(shí)限特性下限動(dòng)作時(shí)限。

 

總結：

      負序電流保護的原理基于發(fā)電機運行時(shí)每個(gè)相內電流相等的基本原理。當電機中存在故障時(shí)，如電機轉子斷條或定子繞組出現接地等故障，會(huì )導致電機中出現負序電流。負序電流保護通過(guò)檢測電機中的負序電流，當負序電流的大小超過(guò)了設定值，就會(huì )立即切斷電機的電源，從而實(shí)現對電機的保護。所以，負序電流保護是指在三相交流發(fā)電機運行過(guò)程中，如果發(fā)電機中出現了負序電流，那么負序電流保護將立即對電路進(jìn)行保護，防止發(fā)電機受損。

 

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