新聞主題	發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術語，根據發電機在正常運行時負序電流分量很小（接近于零），而在系統出現不對稱故障時，就會產生很大的負序分量電流，從而通過測量負序電流的大小可以判別是否發生故障。因此，負序電流保護是一種用于保護三相交流發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，并及時切斷電路，以避免發電機過載、燒毀等故障。

 

一、負序電流保護的作用

 

      當電力系統中發生不對稱短路或在正常運行情況下三相負荷不平衡時，在發電機定子繞組中將出現負序電流。此電流在發電機空氣隙中建立的負序旋轉磁場相對于轉子為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、護環內表面等），可能出現局部灼傷，甚至可能使護環受熱松脫，從而導致發電機的重大事故。此外，負序氣隙旋轉磁場與轉子電流之間以及正序氣隙旋轉磁場與定子負序電流之間所產生的100Hz交變電磁轉矩，將同時作用在轉子大軸和定子機座上，從而引起100Hz的振動，威脅發電機安全。

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

 

 

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

t ——電流i_2*所持續的時間；

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

A ——與發電機型式和冷卻方式有關的常數。

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

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

 

二、反時限負序過電流保護

 

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

      負序反時限特性能真實地模擬轉子的熱積累過程，并能模擬散熱，即發電機發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。

      反時限部分的動作方程為：

 

 

式中，I_2* ——發電機負序電流標幺值；

K₂ ——考慮發電機發熱同時的散熱效應系數（不考慮散熱時取為0）；

A ——發電機的A值。

      發電機反時限負序過電流保護邏輯圖如圖2所示。

 

發電機負序過電流保護動作特性曲線圖

發電機反時限負序過電流保護邏輯圖

 

三、負序過電流保護的整定

 

1、負序定時限過負荷

      負序定時限過負荷保護按發電機長期允許的負序電流下能可靠返回的條件整定，即

 

 

式中，I_2．∞* ——發電機長期允許的負序電流標幺值；

K_rel ——可靠系數；

K_re ——返回系數。

      動作判據為：

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

      保護動作后，經t_s延時動作于發信號。

2、反時限負序過電流

      上限定時限的動作電流通常可按躲過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。

       反時限的動作電流按發電機短時承受負序電流的能力確定，即

 

 

式中，A——與發電機型式和冷卻方式有關的常數；

K₂——考慮發電機發熱同時的散熱效應系數。

      下限定時限的動作電流即為反時限負序過電流保護的啟動電流，按發電機能長時間（t_m＝1000s）承受的負序電流整定，即

 

 

      反時限負序過電流保護的時限特性為

 

 

式中，t_up——反時限特性上限動作時限

t₁——反時限特性下限動作時限。

 

總結：

      負序電流保護的原理基于發電機運行時每個相內電流相等的基本原理。當電機中存在故障時，如電機轉子斷條或定子繞組出現接地等故障，會導致電機中出現負序電流。負序電流保護通過檢測電機中的負序電流，當負序電流的大小超過了設定值，就會立即切斷電機的電源，從而實現對電機的保護。所以，負序電流保護是指在三相交流發電機運行過程中，如果發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行保護，防止發電機受損。

 

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