大型发电机保护关键技术研究

随着互联电网规模的不断扩大,电力系统正向着“大机组、特高压、大电网”方向发展。大机组在绝缘、结构工艺、设计、运行等方面出现了很多新的特点,对发电机保护提出了更多、更高的要求；大电网的远距离、跨区域送电的特点,使得电网结构复杂、运行控制困难,导致电网的安全稳定问题更加突出,机网协调变得更加迫切。而涉网保护,如定/转子接地保护、失磁保护、失步保护等,不完善、可靠性不高,它们在大电网事故中的不正确、不合理动作加剧了电网的崩溃,是发电机保护的固疾、顽疾,也是电网安全稳定的潜在威胁。

本文以保障大机组、大电网的安全稳定为目标,针对发电机保护的几个关键技术：定子接地保护、失磁保护、失步保护以及保护配置等展开了深入研究。论文首先分析比较了传统的发电机定子接地保护：基波零序电压保护、三次谐波电压保护的灵敏度及其配合问题。研究表明,大型发电机组的定子对地电容比较大时,这两种保护方案不能满足灵敏度要求,并且不能在发电机静止和启／停机状态下提供保护,需要引入注入式定子接地保护。

接着研究分析了注入式定子接地保护的原理、方案设计,以及影响其灵敏度的因素。研究发现发电机接地变压器的参数对保护灵敏度和误差影响很大,并且在工程应用中调试、补偿复杂,难以准确。针对这些问题提出了不受接地变参数影响的新保护方案。新方案将注入与测量回路分开,使保护不受接地变参数的影响,无需补偿就能达到很高的灵敏度,简化了工程调试。动模试验和现场试验也验证了新方案的有效性。研究分析了传统的基于静稳极限阻抗圆特性的失磁保护,分析了它的特点和不足。针对其受发电机负荷变化影响大的缺点,提出自适应负荷变化的新型失磁保护方案。通过仿真证明了新方案的有效性,尤其是在较小负荷下,与传统的静稳极限阻抗圆判据相比,动作更加快速、可靠。研究分析了发电机失磁过程中的阻抗轨迹特征,并提出3种失磁保护新判据。

新判据利用了失磁过程中的3个电气量：阻抗轨迹的变化范围、等有功阻抗圆的圆心角、圆心角的变化量。综合3种新判据以及一些辅助措施提出了新失磁保护方案。新方案在失磁后立刻就能检测到,经过短暂延时,躲过可能的非失磁故障造成的扰动,就可以快速发信。经过仿真验证表明,新方案在各种失磁和非失磁工况下都能准确、可靠动作。研究了等能量法和等面积法的发电机失步保护。提出基于实时机械功率测量和等能量法的新型失步保护方案。新失步保护方案能跟踪测量发电机的实时机械功率,使等能量法的失步保护在采取快关汽门等紧急控制手段时更加准确、可靠。研究了扩展等面积法的暂态稳定分析方法,提出一种基于广域测量系统和扩展等面积法的多机失步保护方案。新方案通过广域测量系统获取各发电机的功率、功角数据,利用扩展等面积法判断系统的稳定状态。经仿真验证了保护方案的有效性。zui后总结了大型发电机组的特殊性及其对发电机保护提出的新要求,根据大型发电机组的特殊性和现代大电网安全稳定的需要,总结了相关发电机保护的配置原则。

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