新聞主題	發(fā)電機(jī)負(fù)序電流保護(hù)的作用和整定

 

摘要：負(fù)序電流保護(hù)是電力學(xué)術(shù)語(yǔ)，根據(jù)發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)負(fù)序電流分量很?。ń咏诹悖谙到y(tǒng)出現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)故障時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生很大的負(fù)序分量電流，從而通過(guò)測(cè)量負(fù)序電流的大小可以判別是否發(fā)生故障。因此，負(fù)序電流保護(hù)是一種用于保護(hù)三相交流發(fā)電機(jī)的電氣保護(hù)裝置，它能夠檢測(cè)到電機(jī)中存在的負(fù)序電流，并及時(shí)切斷電路，以避免發(fā)電機(jī)過(guò)載、燒毀等故障。

 

一、負(fù)序電流保護(hù)的作用

 

      當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生不對(duì)稱(chēng)短路或在正常運(yùn)行情況下三相負(fù)荷不平衡時(shí)，在發(fā)電機(jī)定子繞組中將出現(xiàn)負(fù)序電流。此電流在發(fā)電機(jī)空氣隙中建立的負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相對(duì)于轉(zhuǎn)子為2倍的同步轉(zhuǎn)速，因此將在轉(zhuǎn)子繞組、阻尼繞組以及轉(zhuǎn)子鐵芯等部件上感應(yīng)出100Hz的倍頻電流。該電流使得轉(zhuǎn)子上電流密度很大的某些部位（如轉(zhuǎn)子端部、護(hù)環(huán)內(nèi)表面等），可能出現(xiàn)局部灼傷，甚至可能使護(hù)環(huán)受熱松脫，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的重大事故。此外，負(fù)序氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子電流之間以及正序氣隙旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與定子負(fù)序電流之間所產(chǎn)生的100Hz交變電磁轉(zhuǎn)矩，將同時(shí)作用在轉(zhuǎn)子大軸和定子機(jī)座上，從而引起100Hz的振動(dòng)，威脅發(fā)電機(jī)安全。

      發(fā)電機(jī)負(fù)序電流將作為轉(zhuǎn)子表層過(guò)熱的保護(hù)，同時(shí)可作為區(qū)外不對(duì)稱(chēng)短路的后備保護(hù)。負(fù)序電流在轉(zhuǎn)子中所引起的發(fā)熱量，正比于負(fù)序電流的平方與所持續(xù)的時(shí)間的乘積。在最嚴(yán)重的情況下，假設(shè)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子為絕熱體（即不向周?chē)幔?，則不使轉(zhuǎn)子過(guò)熱所允許的負(fù)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(jī)的負(fù)序電流（以發(fā)電機(jī)額定電流為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值）；

t ——電流i_2*所持續(xù)的時(shí)間；

I2 2* ——在時(shí)間t內(nèi)i2 2*的平均值（以發(fā)電機(jī)額定電流為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值）；

A ——與發(fā)電機(jī)型式和冷卻方式有關(guān)的常數(shù)。

      關(guān)于A的數(shù)值應(yīng)采用制造廠所提供的數(shù)據(jù)。其參考值：對(duì)于凸極式發(fā)電機(jī)或調(diào)相機(jī)可取A＝40；對(duì)于空氣或氫氣表面冷卻的隱極式發(fā)電機(jī)可取A＝30；對(duì)于導(dǎo)線(xiàn)直接冷卻的100～300MW汽輪發(fā)電機(jī)可取A＝6～15等。隨著發(fā)電機(jī)組容量的不斷增大，它所允許的承受負(fù)序過(guò)負(fù)荷的能力也隨之下降（A值減小）。A值較大的發(fā)電機(jī)，其耐受負(fù)序電流影響的能力強(qiáng)。

      針對(duì)上述情況而裝設(shè)的發(fā)電機(jī)負(fù)序過(guò)電流保護(hù)實(shí)際上是對(duì)定子繞組電流不平衡而引起轉(zhuǎn)子過(guò)熱的一種保護(hù)，因此應(yīng)作為發(fā)電機(jī)的主保護(hù)之一。由于大機(jī)組的A值都比較小，承受負(fù)序電流的能力很小。因此，為防止發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子遭受負(fù)序電流的損壞，在100MW及以上，A＜10的發(fā)電機(jī)上應(yīng)裝設(shè)能夠模擬發(fā)電機(jī)允許負(fù)序電流曲線(xiàn)的反時(shí)限負(fù)序過(guò)電流保護(hù)。微機(jī)型的發(fā)電機(jī)保護(hù)均采用完善的反時(shí)限特性負(fù)序過(guò)電流保護(hù)，以保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行的安全。

 

二、反時(shí)限負(fù)序過(guò)電流保護(hù)

 

      反時(shí)限負(fù)序過(guò)電流保護(hù)反應(yīng)發(fā)電機(jī)定子的負(fù)序電流大小，防止發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子表面過(guò)熱。該保護(hù)電流取自發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)TA三相電流，這樣可以兼作發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前的內(nèi)部短路故障的后備保護(hù)。負(fù)序過(guò)電流保護(hù)由定時(shí)限負(fù)序過(guò)負(fù)荷和反時(shí)限負(fù)序過(guò)電流兩部分組成。前者用以反應(yīng)發(fā)電機(jī)負(fù)序過(guò)負(fù)荷，后者作為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子表層過(guò)熱的主保護(hù)及發(fā)電機(jī)區(qū)內(nèi)、區(qū)外不對(duì)稱(chēng)短路的后備保護(hù)。負(fù)序過(guò)電流保護(hù)特性曲線(xiàn)如圖1所示。定時(shí)限負(fù)序過(guò)負(fù)荷定值為I_2ms，動(dòng)作于較長(zhǎng)延時(shí)t_s發(fā)信號(hào)。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(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)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(fù)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(zhǎng)時(shí)，則按下限定時(shí)限t₁動(dòng)作；負(fù)序電流在上、下限整定值之間，則按反時(shí)限動(dòng)作。

      負(fù)序反時(shí)限特性能真實(shí)地模擬轉(zhuǎn)子的熱積累過(guò)程，并能模擬散熱，即發(fā)電機(jī)發(fā)熱后若負(fù)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(fù)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(jī)負(fù)序電流標(biāo)幺值；

K₂ ——考慮發(fā)電機(jī)發(fā)熱同時(shí)的散熱效應(yīng)系數(shù)（不考慮散熱時(shí)取為0）；

A ——發(fā)電機(jī)的A值。

      發(fā)電機(jī)反時(shí)限負(fù)序過(guò)電流保護(hù)邏輯圖如圖2所示。

 

發(fā)電機(jī)負(fù)序過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作特性曲線(xiàn)圖

發(fā)電機(jī)反時(shí)限負(fù)序過(guò)電流保護(hù)邏輯圖

 

三、負(fù)序過(guò)電流保護(hù)的整定

 

1、負(fù)序定時(shí)限過(guò)負(fù)荷

      負(fù)序定時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)按發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期允許的負(fù)序電流下能可靠返回的條件整定，即

 

 

式中，I_2．∞* ——發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期允許的負(fù)序電流標(biāo)幺值；

K_rel ——可靠系數(shù)；

K_re ——返回系數(shù)。

      動(dòng)作判據(jù)為：

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

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

2、反時(shí)限負(fù)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(cè)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(cè)兩相短路電流。

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

 

 

式中，A——與發(fā)電機(jī)型式和冷卻方式有關(guān)的常數(shù)；

K₂——考慮發(fā)電機(jī)發(fā)熱同時(shí)的散熱效應(yīng)系數(shù)。

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

 

 

      反時(shí)限負(fù)序過(guò)電流保護(hù)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(jié)：

      負(fù)序電流保護(hù)的原理基于發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)每個(gè)相內(nèi)電流相等的基本原理。當(dāng)電機(jī)中存在故障時(shí)，如電機(jī)轉(zhuǎn)子斷條或定子繞組出現(xiàn)接地等故障，會(huì)導(dǎo)致電機(jī)中出現(xiàn)負(fù)序電流。負(fù)序電流保護(hù)通過(guò)檢測(cè)電機(jī)中的負(fù)序電流，當(dāng)負(fù)序電流的大小超過(guò)了設(shè)定值，就會(huì)立即切斷電機(jī)的電源，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的保護(hù)。所以，負(fù)序電流保護(hù)是指在三相交流發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，如果發(fā)電機(jī)中出現(xiàn)了負(fù)序電流，那么負(fù)序電流保護(hù)將立即對(duì)電路進(jìn)行保護(hù)，防止發(fā)電機(jī)受損。

 

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