摘要：本文针对后石电厂工程（6*600MW），采用数学方法，对600MW发变组保护配置的采用判别机端无功电流幅值原理的发电机失磁保护、采用判别机组和系统功角原理的失步保护、采用判别发电机中性点端三次谐波辅值原理的100定子接地保护等进行了具体分析，以求在配置和整定值上满足大机组对保护选择性、灵敏性和可靠性要求，经现场实际运行证实，本整定方案切实可行。要害词：发变组继电保护整定计算配置　　后石电厂设计安装六台600MW超临界燃煤发电机组，为目前福建省最大的火力发电厂，继电保护配置随机组一次设备全套引进日本东芝和三菱公司设备(部分为外购的ABB、GE公司设备)。现将该厂配置的国内少见的保护装置在原理和整定方案上进行了较为具体的探讨，供同行批评指正。　　40G1，40G2[型号RAGPK]：发电机失磁保护（两套）。动作于全停。　　由于福建省的电网容量较小，有功和无功储备均较小，而后石电厂的单机容量又很大，若机组失磁而不从系统隔离，会使系统的电压崩溃，若切除时间太长，不但本发电机会异AB:励磁电流限制；BC:定子电流限制；CD:由于漏磁而引起的定子端部发热限制EF:在无AVR功能情况下的发电机静稳边界；Xe:无穷大系统的等值阻抗图一：发电机的典型容量曲线　　步运行损坏发电机组，而且会造成系统相邻的发电机失步，给系统造成极大的危害。我国传统的低励失磁保护是测量机端阻抗园，其动作判据有异步边界阻抗、静稳边界阻抗、静稳极限励磁电压动作判据等。而本厂的失磁保护判据采用判别机组吸收的无功功率的大小并辅以系统电压判据。汽轮发电机的典型容量曲线如图一所示：　　后石电厂机组的失磁保护采用监测发电机端的无功功率方向为主判据，以无功电流和发电机端低电压为附加判据，构成出口条件，实际无功电流按按发电机静稳边界时吸收的无功功率整定。发电机在以下情况下会发生失磁：①励磁绕组发生开路或短路。②励磁开关偷跳。③AVR系统发生故障以致励磁电流降为零。　　后石电厂配置两套由ABB公司生产的RAGPK型失磁保护，装设在发电机端，它由RXPDK21H和RXEDK2H两个继电器组成。RXPDK21H有两个动作段，一段为无方向过电流保护（I>>），目前退出；另一段为方向时延过电流保护，其动作方程为ICOS（Φ-α）≥Iα（α特性角在-120度至120度之间整定，Φ为接入的电压和电流的夹角，在电压二次值低于5伏时，采用记忆的电流电压夹角，本工程A相电流和电压接入继电器）。本继电器的动作如图二所示：　　RXPDK21H继电器的电流动作特性的选取要综合考虑以下几个问题：①与发电机低励容量曲线吻合②与发电机静稳边界曲线吻合③充分考虑发电机在失磁情况下吸收的无功电流幅值。为了便于计算，建立发电机与系统等值模型如图三所示：Xd为发电机直轴电抗，Xt为变压器阻抗，Xs为系统等值阻抗，Us为系统电压(假设为恒定)，Uf为发电机机端电压(23KV)，Ed为发电机直轴电势，对于汽轮发电机向大系统输电，有以下公式成立：Ps=Ed*Us*Sinδ/Xd∑（1）Qs=Ed*Us*Cosδ/Xd∑-Us2/Xd∑（2）其中Xd∑=Xd Xt Xs，δ为发电机直轴电势与系统之间的电势角。发电机的静稳边界对应于δ=900，其吸收的无功功率为Qs=-Us2/Xd∑在系统电压不变时为一个恒定值，即Qs=-Us2/Xd∑=常量≈-Uf*ISinΦ==Uf*Icos〔Φ-(-90)〕（3）Φ为机端电流和电压之间的夹角(假设不考虑系统和变压器的无功损耗)　　从公式（2）可知，在发电机临界失步即δ=1800时，发电机吸收的无功功率最大，根据公式（3），该点对应Φ=900，则可知发电机静稳边界对应于δ=900时该点对应Φ≈750，在单台机情况下，经系统稳定计算此时发电机机端电压约为80的额定电压。　　根据公式（3）有以下等式成立：Us2/Xd∑≈Uf*ISinΦ得出在发电机处于静稳边界时，发电机吸收的无功电流I=Us2/(Xd∑*Uf*SinΦ)。　　取标幺值：Us=1.0,Uf=0.8,Xd∑=Xd Xt Xs,其中Xd=2.0（根据发电机厂家资料），Xt=0.132（220KV等级下对应二次值为9.875欧）,Xs=0.169（220KV等级下对应二次值为12.7065欧），则发电机吸收的无功电流标幺值为I*=1/（Xd∑*Uf*SinΦ）=1/〔（2 0.132 0.169）*0.8*Sin750〕=0.562。　　在220KV等级下发电机额定电流的标准值为I=706000/√3*23000=17722安，则对应二次标准值为I=17722/(23000/5)=3.85安。　　综合以上计算，在发电机处于静稳边界时，发电机吸收的无功电流I=3.85*0.562=2.165安，取特性角α=-90度。在考虑一定裕度后，本保护取Iα=1.89安，特性角α=-900。　　RXEDK2H为低电压继电器，按一台机情况下在发电机处于静稳边界时，机端电压约为80的额定电压整定。经计算,按我省电网1999年底接线方式,在后石电厂一台发电机情况下发生失磁,当机端电压降为80额定电压，机组吸收无功功率约为280MVAR时，延时0.4秒跳闸。　　64G2[型号RAGEK]：发电机100定子接地保护。动作于发信。　　本保护为ABB公司生产的集成电路保护，由三个电压继电器组成，27N3为三次谐波低电压继电器，59N为基波过电压继电器，电压监视继电器用来在机组停役时退出本保护。国内常见的发电机100定子接地保护，采用比较发电机中性点和机端的三次谐波电压的大小来判别是否在发电机中性点处发生接地故障[1]。本保护27N3所接的电压取自发电机中性点接地变压器二次侧，变比为23KV/190V，它判别发电机中性点的三次谐波电压的大小，在∣UN3∣<UDZ时动作，其理论依据如下：　　由于发电机气隙磁通密度的非正弦分布和铁磁饱和的计算，1/2CW=0.21uF，1/2CW CE=0.3502uF,RN=1.696欧。对应XCN=-j1684Ω,XCL=-j1010Ω,ZN=842-j848Ω。　　则在发电机空载时，其中性点的三次谐波电压为UN3Min=∣ZN∣*U3Min/(∣ZN XCL∣)=1195*0.5UE/2040=0.293UE。　　取两倍的可靠系数，则本保护的动作值(二次值)为：UDZ=0.5*0.293UE/NPT=0.1465*（23KV/√3)*190/23KV=0.161V,故取整定值UDZ=0.2V。根据UDZ=0.2V，对应的三次谐波电压一次值为0.2*23KV/190=0.1823UE；本继电器的基波制动系数为80，则该三次谐波电压值对应的基波分量小于0.1823UE*80=14.6UE。因此27N3继电器保护85.4∽100范围内定子绕组发生的接地故障。　　在发电机满载时，其中性点的三次谐波电压为UN3Max=∣ZN∣*U3Max/(∣ZN XCL∣)=1195*1.4UE/2040=0.82UE，设在距离中性点X处发生接地故障，27N3继电器感受的电压为UN3=XUE*1.4/NPT=0.2V,得X=0.2*√3/(190*1.4)=13.0。　　从以上计算可知，发电机满载时，本继电器保护87∽100范围内定子绕组发生的接地故障。　　电压监视继电器所接的电压取自机端PT，整定90的发电机额定电压，在测量电压低于90发电机额定电压，并延续4秒后，将100定子接地保护退出。　　78G1[型号GSY51A]：发电机失步保护（偏移阻抗圆）。动作于全停。　　78G2[型号CEX57E]：发电机失步保护（直线方向阻抗阻）。动作于全停。　　50N[型号PJC11AV]：主变中性点零序过流继电器（用于闭锁发电机失步保护）。　　发电机的失步保护采用经典的阻抗圆（带偏移特性）、两条阻挡线组成，对于本电厂的发电机组，在2000年最大运行方式下，归算到23KV电压等级，系统的等值阻抗为0.127065欧，变压器的阻抗为0.0987欧，发电机的直轴暂态电抗为0.213欧，从以上参数可知，在系统发生振荡时，振荡中心往往落在发变组内部，使机端电压大幅度波动，厂用机械难以稳定运行，可能造成停机、停炉或炉膛爆炸，同时振荡电流在较长时间内反复出现，使发电机的大轴遭受周期性的振荡扭矩，可能使大轴扭伤或缩短运行寿命[1]。图五：失步保护工作原理本保护为GE公司生产的集成电路保护，由GSY51A,CEX57E,PJC11AV三个继电器组成，其中CEX57E继电器构成直线方向阻抗特性，GSY51A继电器构成偏移阻抗圆特性，PJC11AV继电器起零序闭锁作用，对失步保护的要求是及时检测出非稳定振荡故障，保护可靠动作，在短路及稳定振荡时应不动作。为准确地参考文献：1．王维俭(WangWeijian)发电机变压器继电保护应用(ThePracticeOfGenerator-TransformerUnitRelayProtection).北京：中国电力出版社(Beijing:ElectricEngineeringPressOfChina),1998