特大型水輪發(fā)電機保護系統(tǒng)及其動模試驗新技術(shù).pdf

1、隨著我國電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，以長江三峽電站為代表的一大批裝設(shè)有特大型水輪發(fā)電機組的水電工程已投入運行和開工建設(shè)。特大型水輪發(fā)電機組將逐漸成為我國水力發(fā)電的主要力量，其安全運行與否將直接影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。并且特大型水輪發(fā)電機組內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性對繼電保護系統(tǒng)的性能提出了更高的要求，因此研發(fā)性能優(yōu)異的特大型水輪發(fā)電機保護系統(tǒng)是我國繼電保護技術(shù)人員的重要任務(wù)。論文圍繞著特大型水輪發(fā)電機保護系統(tǒng)的研發(fā)以及若干的關(guān)鍵性技術(shù)問題，包括：動態(tài)物理模型系

2、統(tǒng)的構(gòu)建、保護原理和技術(shù)的研究與改進等展開相應(yīng)的工作。 論文對特大型水輪發(fā)電機組的保護系統(tǒng)方案進行了論述，包括系統(tǒng)總體設(shè)計方案、保護原理方案、裝置硬件方案和軟件方案。保護系統(tǒng)方案考慮了特大型水輪發(fā)電機組設(shè)計、結(jié)構(gòu)、工藝和運行等諸方面的特點，并且借鑒了相關(guān)保護系統(tǒng)的設(shè)計和運行經(jīng)驗。通過合理的組屏、完善的保護配置、成熟原理和新技術(shù)的有效結(jié)合、基于高性能處理器的硬件平臺和模塊化的軟件結(jié)構(gòu)，使保護系統(tǒng)在滿足特大型水輪發(fā)電機組運行要求的同

3、時，具有較強的通用性。 文中對特大型水輪發(fā)電機動態(tài)物理模型系統(tǒng)進行了介紹。該動態(tài)物理模型系統(tǒng)是目前國內(nèi)唯一的一個對特大型水輪發(fā)電機組進行結(jié)構(gòu)模擬的試驗系統(tǒng)，其主要元件和子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、性能與原型機組相同或基本一致。在模型系統(tǒng)中進行的試驗研究結(jié)果表明，動態(tài)物理模型系統(tǒng)為特大型水輪發(fā)電機組的運行、故障分析、參數(shù)設(shè)置、相關(guān)保護性能的檢驗和改進等問題的深入研究提供了良好的物理試驗研究平臺。 單元件橫差電流保護作為發(fā)電機最重要

4、的主保護之一，對定子繞組匝間短路和分支斷線故障可起到有效的保護作用。橫差不平衡電流和故障橫差電流作為單元件零序橫差電流的組成部分，這兩種電流在不同運行工況下的大小及其變化規(guī)律對橫差保護定值的選擇，保護判據(jù)的改進都是至關(guān)重要的。論文對特大型水輪發(fā)電機單元件橫差不平衡電流的產(chǎn)生原因和主要影響因素進行了分析，然后采用動模試驗、數(shù)字仿真試驗和真機試驗對發(fā)電機處于各種運行工況下的單元件橫差不平衡電流進行了研究。另外，對發(fā)電機各種內(nèi)部故障的單元件故

5、障橫差電流變化規(guī)律也進行了探討?；谝陨涎芯拷Y(jié)果，對單元件橫差電流保護的算法、判據(jù)和定值整定方法提出了改進方案。試驗結(jié)果顯示，與原有方案相比，改進方案在具有較好可靠性的基礎(chǔ)上，大幅度的提高了保護的靈敏度，并實現(xiàn)了保護可靠性、快速性、靈敏性和選擇性的良好統(tǒng)一。 目前，在各種勵磁回路接地保護中，乒乓切換式保護和低頻電壓注入式保護由于自身的優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用，但是也存在相應(yīng)的問題。當(dāng)乒乓切換式保護切換電路中的元件參數(shù)選取不合適，以及接地

6、電阻數(shù)值發(fā)生變化時均會影響保護的性能；另外，該保護在發(fā)電機處于空轉(zhuǎn)和停機狀態(tài)時無法檢測勵磁回路接地故障。低頻電壓注入式保護的注入源采用專門的低頻電壓源，其體積較大、價格昂貴，無法根據(jù)保護現(xiàn)場實際情況對注入電壓頻率進行方便的調(diào)節(jié)。針對這些問題，文中對乒乓切換式保護切換電路參數(shù)的選擇、電路結(jié)構(gòu)提出了相應(yīng)的建議，對保護的實現(xiàn)方式也提出了改進方案。并且，結(jié)合乒乓切換式保護和低頻電壓注入式保護的優(yōu)點，提出一種新型保護——外加電源切換式保護，保護在

7、三峽電站的運行情況表明，保護運行可靠，精度和靈敏度均可以滿足實際需要，具有良好的工程應(yīng)用前景。 為了在確保機組安全運行的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮機組的運行效益，論文對特大型水輪發(fā)電機的各種反時限特性保護進行了研究。包括對保護的各種動作特性曲線和保護算法的性能進行對比，以及對整定計算、保護應(yīng)用中的相關(guān)問題進行分析，根據(jù)研究結(jié)果形成適合于特大型水輪發(fā)電機的最佳反時限特性保護方案。 論文還對特大型水輪發(fā)電機保護系統(tǒng)的綜合動模試驗和低頻電