[00141653]全分支信息发电机保护系统关键技术及应用

发电机继电保护技术经过多年发展已日益成熟,但由于现有技术条件限制,仍然存在一些问题无法解决。 1)汽轮发电机组,因电磁式CT体积过大不能在分支安装,无法实现裂相横差、单元件横差和不完全纵差保护,常规纵向零序电压保护对定子匝间短路故障存在死区,且不能反映分支开焊故障;水电机组中性点一般仅装设分支组CT,主保护配置受限,小匝间故障仍不能灵敏动作。 2)定子绕组同相不同分支相近电位点匝间短路,基于电流差动原理的横差和不完全纵差保护均因差流过小不能灵敏动作,纵向零序电压保护和工频变化量匝间保护也难以反映;转子匝间短路因缺少实时保护难以及时被发现,故障持续发展易导致转子铁心磁化或烧伤轴颈轴瓦。 3)核电机组在并网后由单点接地变为两点接地,零序系统等值参数变化较大,抽水蓄能机组不同工况下相角偏差值也不相同,而现有注入式定子接地保护采用固定参数补偿方式,不能保证机组所有工况下定子接地电阻的测量精度,影响保护可靠性; 4)发电机故障电流大,时间常数长,电磁式CT更易饱和,严重饱和时易导致差动保护不正确动作;大型水电机组中性点空间小且运行温度高,CT磁屏蔽和空间散热设计困难,易因过热导致匝间故障烧损,并引起差动保护误动。 5)抽水蓄能和燃气机组变频启动过程中,电气量频率变化快,常用的频率跟踪算法调节速度固定,易因超调导致精度低、稳定性差,影响保护可靠性。 为解决上述问题,进一步提高机组继电保护技术性能,申报单位针对发电机保护方案、保护原理和保护算法等多个方面进行深入研究,自主研制了全分支信息发电机保护系统。主要创新技术如下： 1)提出了基于全分支电流信息的发电机主保护方案,光学CT体积小且安装灵活,可实现全部或所需分支电流测量,进而实现最优化多种多重差动主保护,减少甚至完全消除 定子匝间保护死区,显著提升内部故障主保护性能。 2)提出了基于分支电流的定、转子匝间保护方法,提高了定子绕组同相不同分支相近电位点匝间短路的保护灵敏度,并为转子匝间故障提供了易于实现且高灵敏度的保护方案。 3)提出了基于参数动态补偿的注入式定子接地保护技术,实现了核电机组、抽水蓄能机组全部运行工况下定子接地电阻的准确测量,提高了定子接地保护的可靠性; 4)设计并研制了发电机专用光学电流互感器,采用柔性光缆灵活安装方式、介质黏滞减振和集成式光纤测温精度补偿等关键技术,解决了狭小空间难以安装、机组振动和环境温度过高影响测量性能等难题,同时避免了电磁式CT的饱和、绝缘散热要求高等缺点,适用于发电机恶劣运行环境。 5)提出基于泰勒插值的变数据窗相量算法,解决了在发电机组频率快速变化情况下的相量计算精度问题,提高了抽水蓄能和燃气机组变频启动过程保护的可靠性。 本项目已获授权专利9项,软件著作权1项。2016年通过中国电机工程学会组织的产品鉴定,鉴定结论：该产品设计合理、原理先进,性能优越,促进了发电机保护技术的发展,具有良好的推广应用前景,多项关键技术属于国内外首创,整体技术性能处于国际领先水平。 项目成果已先后在江苏沙河抽蓄电站、国电谏壁发电厂、云南观音岩水电站等电厂得到应用,目前仍是国内外唯一应用光学CT的机组保护。与常规发电机保护相比,在定子绕组内部故障主保护性能、定子和转子匝间保护灵敏度、注入式定子接地保护可靠性、变频相量算法精度等方面性能优势显著。而且,与现有光学CT相比,项目研制的发电机专用光学CT安装灵活、具有更好的振动和温度特性,适用于发电机组恶劣应用环境。 本项目解决了发电机继电保护技术现存的诸多难题,显著提升了发电机保护整体性能,提高电力系统供电安全和运行稳定性。另外,项目创新实现了光学CT在机组保护上应用,作为发电机保护技术进步的重要方向性尝试,具有重要意义。项目成果具有广泛的适用性,除了已现场应用的火电、水电和抽水蓄能机组以外,还可应用于核电和燃气机组等大型机组。在现阶段,受制于光学CT制造成本高、配套标准和规程少等因素影响,尚未大量使用,随着制造工艺的进步和现场应用经验的积累,其推广应用前景将越来越好。