涉网保护与发电厂保护配合分析

吴晓锋

摘要涉网保护指动作行为和定值设置与电网运行方式相关，并需要与电网安全自动装置相配合的保护，电厂保护与励磁调节器、系统保护失配是多数导致事故的主要原因。为了降低电网发生连锁故障的概率，在机组的能力范围内，要充分发挥发电机组的动态调节能力，为电网提供电压、频率支撑，就要求提高电厂保护的适应性。

1.涉网保护配合的基本原则

当系统发生故障时，系统保护应优先动作切除故障，电厂保护不越级动作。

当系统发生振荡及频率异常时，安自装置应优先按安稳策略有序动作切机，防止电厂保护动作无序切机对系统稳定造成更不利的影响影响。

当系统出现故障时，应优先发挥机组励磁系统的电压、无功调节能力：

a、当机组低励或过励时，励磁调节器优先动作调节，调节失败再由机组保护动作跳机。

b、如系统故障出现低电压，励磁系统强励动作能增加系统的稳定性；并在短路切除后，使电压迅速恢复；还能改善系统故障时电动机的自起动条件；并提高发电机带时限过电流保护动作的可靠性。

c、当励磁系统强行励磁出现过励时，存在转子发热的问题，励磁系统的过励限制器动作限制励磁电流，调节失败再由机组保护动作跳机。

d、当运行中系统电压升高励磁调节器动作、机组进相运行、励磁系统故障时机组励磁水平会偏低，机组在低励磁状态工作时，存在定子铁芯过热；系统的静稳极限超越等问题；厂用电电压也会降低，影响辅机的工作当。如励磁水平过低，由低励限制器动作限制励磁电流。

2、与系统保护配合的电厂保护

涉网保护要求与系统保护配合、与励磁系统配合、与安自装置配合。与系统保护配合的电厂保护有发电机过电压保护、发电机定子过负荷保护、发电机复压过流保护、发电机负序过负荷保护、发电机失磁、失步保护、主变后备保护、厂用变负序过流保护、高压电动机负序过流保护、高压电动机低电压保护

定子过电压保护的作用是防止机组甩负荷下，定子电压升高对定子绝缘造成损害。在电网发生异常时，定子电压也可能升的很高，此时作为系统中重要的有功、无功支撑的发电机组尽量不从系统中解列，为系统恢复正常运行提供条件。要结合机组承受过电压能力的要求，一般过电压保护定值不低于1.3 Un，0.5s；定值可与系统过电压保护配合。

发电机复压过流保护、主变后备保护要求与系统保护配合，系统侧发生故障时，要求系统侧保护先动作。

定子接地保护采用机端或中性点PT零序电压做为动作判据，当主变高压侧接地短路，高压侧基波零序电压UH0通过主变高低压绕组间耦合电容传递到发电机机端，不应导致定子接地保护误动。必须校验高压侧接地的零序传递电压，如传递值大于动作定值，则定子接地保护动作时间与系统侧后备保护配合。

系统侧发生相间故障或非全相时，厂用电系统会产生负序电流，要求不经方向闭锁的厂用电系统的负序过流保护与系统侧的后备保护配合。

当电网发生故障时，厂用电电压会下降，如果电厂辅机低电压保护定值设定较高或者误动切除重要辅机，造成发电机组停运。电厂重要负荷的电动机在电压降低时需参与自启动，以保障机炉运行少受影响。因成批电动机同时参加自启动，很大的启动电流会在厂用变压器和线路等元件中引起较大的电压降，使厂用母线电压降低很多。这样，可能因母线电压过低，使某些电动机电磁转矩小于机械阻力转矩而启动不了；还可能因启动时间过长而引起电动机的过热。为保证重要高压电动机自启动。必要时应加装0.5s延时切除Ⅱ、Ⅲ类电动机的低电压保护。重要电机加装延时9s的低电压保护。可以与系统配合。

1、与励磁系统配合的电厂保护

为充分发挥发电机组的调节能力，当机组或系统出现异常时由励磁系统优先动作调节，对系统提供支持，当调节过程中出现低励和过励时，由励磁调节器优先动作限制，调节失败再由保护动作停机。

机组在低励磁状态工作时，存在定子铁芯过热、系统的静稳极限超越等问题；厂用电电压也会降低，影响辅机的工作，要设定合理的低励限制值，避免机组低励进相运行时失磁保护动作，遵循低励限制先于失磁保护动作的原则。

过励限制是通过限制调节器输出限制发电机转子过流，达到保护转子的目的，为了提高电网的安全稳定运行水平，在机组允许的前提下，应充分发挥励磁系统的强励能力，充分挖掘发电机转子过载能力，向系统提供更多的无功，支撑系统电压。发电机过励磁时，先进行过励限制，自动将励磁电流降到安全数值，使转子不超过允许发热量，当限制器动作后仍不能恢复至安全工况工作时，再由励磁调节器过励保护保护延时动作，将励磁切换至备用通道或由自动切至手动，如仍然不能恢复至正常工况工作，最后由转子绕组过负荷、励磁变过流保护动作于解列。

发电机变压器磁通密度增大对发电机和升压变的绝缘危害。系统非正常运行时，电压升高或频率下降会使铁芯磁通密度升高，如果过励磁保护定值较低或者误动会解列发电机组，使系统遭受更大的冲击。为了提高电网的安全稳定运行水平，应充分发挥励磁系统的过激磁限制能力，在满足过励磁能力的前提下，尽量提高过激磁保护定值，在系统非正常运行时，机组能能够更长时间提供有功、无功的支撑；应遵循励磁系统V/Hz限制先于过励磁保护动作的原则。

2、躲系统振荡、频率异常的电厂保护

机组低频保护一旦解列发电机组，将会使系统频率下降更快，为了解决这个问题，电网中会装置低频减载装置，低频保护必须与电网低频减载装置密切配合，最大限度减少汽轮机发电机组的从系统中解列。对于高频保护，电网中装设了高频切机装置，在电网发生高频运行时，应当首先由高频切机策略来保证电网的安全稳定运行，如果高频保护先与高频切机动作解列发电机组，由于切除的容量或发电机组在系统中重要性的不同会使系统遭受更大的损失。要求低频保护应与电网的低频减载装置配合，定值应不高于低频减载装置最后一轮定值；高频保护应与电网高频切机装置配合，遵循高频切机先于高频保护动作的原则。

当系统发生振荡时，失磁和失步保护的阻抗测量元件可能进入动作区，如果保护误动切除发电机组，电网失去更多电源，会造成更严重的后果。因此失磁和失步保护应具备区分振荡的能力，当电网发生振荡期间，保护应闭锁。发电机失磁保护同时还要与低励限制配合。躲系统振荡可通过引入转子电压据，因为系统振荡时转子电压变化不大，可做为振荡闭锁的判据。对于无刷励磁系统等无转子电压接入的，可通过阻抗元件的时间定值躲系统振荡。

当系统振荡中心常位于发电机端附近，使厂用电电压严重下降，电厂辅机运行受到严重威胁，可能导致停机停炉，失步振荡电流的幅值大，会使发电机组遭受损伤，因此大型发电机组必须装设失步保护。在系统振荡时，失步保护误动解列发电机组，导致增加发电机励磁、减少有功出力、切换厂用电等的争取系统恢复正常的手段无法应用，使系统遭受更大的损失。失步保护应具备鉴别短路、失步振荡和同步振荡的能力和区分振荡中心处于发变组内外的能力，当振荡中心位于发变组内部时应立即解列发电机组，当位于发变组外部时应可靠发出信号，为系统恢复正常争取时间。转子绕组过负荷保护应与励磁系统强励限制配合，应考虑发电机强励倍数及时间（2倍/20s）。

总之加强励磁系统的运行维护和涉网保护优化及其重要，在系统侧或者发电厂任意发生故障时能正确及时做出相应的响应，为系统提供可靠的电源同时也能可靠的保护发电厂设备运行，降低电网发生连锁故障的概率，在机组的能力范围内，充分发挥发电机组的动态调节能力，提高电网与电厂的稳定运行。

文/吴晓锋 （1982-04），男，本科，中级工程师，任职广州粤能电力科技开发有限公司系统分部副经理，研究方向为继电保护。

作者简介：吴晓锋19820423，男，汉，广东汕头市，本科，中级职称，研究方向：继电保护