构皮滩水电站600MW发电机内部故障主保护配置方案.pdf

第33卷第5期 2011年5月 华电技术 Huadian Technology V0l 33 No 5 Mav 2011 构皮滩水电站600 MW发电机内部故障 主保护配置方案 涂勇 王贵来 构皮滩发电厂 贵州余庆564408 摘要 构皮滩水电站发电机为国内生产的首台空冷式大型水轮发电机 介绍了构皮滩水电站发电机主保护配置方案 可为后续同类型机组提供借鉴 为国内相关研究和工程应用提供参考 关键词 构皮滩水电站 发电机 内部故障 主保护配置 方案 中图分类号 TM 312 文献标志码 B 文章编号 1674 1951 2011 05 0053 04 0 引言 构皮滩水电站位于乌江干流中游的贵州省余庆 县境内 是乌江干流开发中的关键性工程 电站装 设容量为3000 MW 5 600 MW 的混流式水轮发电 机组 保证出力751 8 MW 年发电量96 67亿 kW h 年利用小时数3 222 h 发电机由东方电机 股份有限公司和天津阿尔斯通水电设备有限公司生 产 东方电机股份有限公司生产的发电机型号为 SF600 48 13850 额定容量为667 67 MV A 额定 SF600 48 13920 额定容量为667 67 MV A 额定 功率为600 MW 额定定子电压为18 kV 额定定子电 流为21 394A 发电机每相由6分支组成 在考虑机 组继电保护的总体配置时 要最大限度地保证机组 安全和缩小故障破坏范围 尽可能避免不必要的突 然停机 给电力系统造成较大的扰动 特别要避免保 护装置误动和拒动 在总体配置上尽量做到完善 合 理 尽量避免繁琐和复杂 1发电机内部故障类型及特点 功率为600 MW 额定定子电压为18 kV 额定定子电 对构皮滩水电站发电机绕组展开图进行分析 流为21 383 3A 发电机每相由8分支组成 天津 确定发电机定子绕组实际可能发生的内部短路见表 阿尔斯通水电设备有限公司生产的发电机型号为 1 表2 表1 450种槽内故障 定子槽内上 下层线棒间短路共450种 等于 定子槽数 对同槽故障性质进行分析后发现 同 相同分支匝间短路222种 占49 33 同相不同 分支匝间短路30种 占6 67 相间短路198种 占44 00 其中属于不同相而分支编号相同的 分支 例如a 对b 间发生短路的有72种 所占比 例为36 36 定子绕组端部交叉处短路共2 842种 对端部 交叉故障 简称为端部故障 性质进行分析后发现 收稿日期 2010 12 28 修回日期 2011 01 12 同相同分支匝间短路276种 占9 71 其中属于 同相同分支小匝数匝间短路的故障有162种 仅1 匝短路 短路匝比为4 占端部故障的5 70 同 相不同分支匝间短路l0种 占0 35 相间短路 2556种 占89 94 其中属于不同相而分支编号 相同的分支间发生短路的有1 104种 所占比例为 43 19 2机组保护方案 针对构皮滩水电站发电机定子绕组内部短路故 障的特点 清华大学电机系设计人员采用计算机仿 54 华电技术 第33卷 真计算 提供了多种发电机内部故障主保护配置方 案 经构皮滩发电厂 长江水利委员会设计院 清华 大学电机系3方共同商议 确定了构皮滩水电站发 电机主保护配置方案 由于同相匝间短路所占比例较大 槽内故障中 有56 00 为匝间短路 端部故障中有10 06 为匝 间短路 所以 首先安装横差保护 构皮滩水电站 发电机每分支25个线圈 只有1匝短路 占支路总 线圈数的4 的同分支短路故障属于小匝数匝间 短路 从表1 表2可看出 构皮滩水电站发电机所 有可能发生的内部短路故障中 共有498种同分支 匝间短路 短路匝比均在20 以下 其中有162种 占故障总数的4 92 同相同分支的小匝数匝问 短路 如何尽量减少同分支匝间短路故障的动作死 区 是构皮滩水电站发电机主保护设计的一个关键 问题 构皮滩水电站发电机每相多达6分支 东电 机组为8分支 可考虑零序电流型横差保护和裂 相横差保护 在构皮滩水电站发电机所有可能发生的40种 同相不同分支匝间短路故障 包括同槽故障和端部 故障 中 发生在机端附近的较大匝数的匝间短路 共7种 同槽故障5种 端部故障2种 短路匝数占 两分支总线圈数的85 以上 还有一种故障 两短 路点都在故障分支的中性点处 相当于零匝短路 理 论上短路电流应为0 所有电流 电压应与正常绕组 的情况相同 所有保护都不会动作 除此以外 还有 4种发生在各相的3 6分支之间的同槽故障 两短 路点位置相近 都很靠近中性点 可见 构皮滩水电 站发电机的同相不同分支短路故障中 相对动作死 区中只有4种故障 仅占故障总数的0 12 还有8 种故障属于绝对故障死区 无论采取何种支路分组 方式 这些故障都很难动作 可以预见 支路分组方 式对同相不同分支短路故障的动作性能的影响很小 最多影响到4种故障的动作情况 2 1分成2个支路组的主保护配置 如果要引出2个中性点 一般把定子绕组按支 路平均分成2部分 即每相的3个分支 东电4分 支 构成1组 把三相对应组的中性点联在一起引 出 构皮滩水电站发电机主保护配置如图1所示 其中零序电流型横差保护 TA 和裂相横差保护都 只有1种构成方式 纵差保护也只有2套不完全纵 差和1套完全纵差可供选择 2 2相邻分支组合方式选择 要想找到分成2个支路组正确动作率最大的保 护方案 就应该看看在哪种支路分组方式下 完全裂 相横差保护能灵敏动作的同分支匝间短路故障最 多 表3列出了5种完全裂相横差保护对同分支匝 间短路故障的动作情况 可以看出 在考察的5种 支路分组方式中 支路分组方式I 如图2所示 和 支路分组方式 如图3所示 的完全裂相横差保 护对同分支匝间短路的动作性能最好 A B C 0 2 图1分成2个支路组时发电机主保护配置 图2支路分组方式I 1 2 3 4 5 6 图3支路分组方式 1 2 4 3 5 6 支路分组方式 的动作死区中有4种同相不同 分支短路 由于在支路分组方式 下 把2个故障分 支分到了同一支路组 造成各种主保护的灵敏度都 比较低 从表3可以看出 不同支路分组方式下的保护 方案 由完全裂相横差保护 不完全纵差保护和零 序电流型横差保护组成 正确动作数相差并不多 在已经考察过的5种支路分组方式中 支路分组方 式I的保护方案正确动作数最多 可以认为支路分 组方式I就是分成2个支路组的最佳方案 2 3横差保护配置方案 引出2个中性点 可以安装1套零序电流型横 第5期 涂勇 等 构皮滩水电站600MW发电机内部故障主保护配置方案 55 表3分成2个支路组 各种裂相横差保护对同分支匝间短路故障的灵敏性统计 差保护 图1中的T 在每相的2个分支组上都 安装电流互感器 就可以构成1套完全裂相横差 保护 对于上述配置方案 清华大学电机系设计人员 对能够灵敏动作的故障数进行了统计 表4和表5 分别统计了在上述2种支路分组引出方式下 零序 电流型横差保护和完全裂相横差保护对构皮滩水电 站发电机所有实际可能发生的内部故障的灵敏性 从这2个表中可以看出 在这2种支路分组引出方 式下 完全裂相横差保护的正确动作率都明显大于 零序电流型横差保护 在构皮滩水电站发电机的主 保护配置方案中 首先确定采用完全裂相横差保护 对比表4与表5可以发现 在分成2个支路组 的情况下 对构皮滩水电站发电机的同相不同分支 短路和相间短路 完全裂相横差保护与零序电流型 横差保护的动作情况相差不大 对同分支匝间短路 而言 完全裂相横差保护的灵敏动作故障数明显高 于零序电流型横差保护 完全裂相横差保护的动作 死区都是同相的匝间短路 其中完全裂相横差保护 对87种同分支的匝间短路无法动作 这些故障的短 路匝数都在3匝以下 而且绝大部分是只短路1匝 的小匝数匝间短路 此外 还有7种同相不同分支 匝间短路 包括6种发生在机端附近的较大匝数的 匝间短路和1种短路点都在故障分支中性点处的零 匝短路 完全裂相横差保护都不能动作 这些故障 中除了少数几个短路匝数在2 3的同分支匝间短 路外 都是发电机的绝对保护死区 即使采用其他的 主保护也很难灵敏动作 通过比较 确定构皮滩水 电站发电机横差保护采用裂相横差和单元件横差组 合方式 2 4纵差保护配置方案 仅用1套裂相横差保护 就能满足保护范围达 到95 以上的技术要求 这时动作死区均为同相的 匝间短路 由于横差保护是不反应机端引线短路 的 因此 为兼顾定子绕组内部短路和机端引线的相 间短路 主保护总配置方案中既要有横差保护 还要 有纵差保护 表4分成2个支路组 1套零序电流型横差保护对所有内部故障的灵敏性统计 灵敏动作次数 1 5 可能动作次数 1 5 1 0 不能动作次数 K K 1 0 不能动作次数 K一K 1 0 不能动作次数 K 1 0 主保护 匝间短路 相间短路 匝间短路 相间短路 匝间短路 相间短路 的构成 故障 位置 相同 不同 分支 分支 总计 相同 不同 分支 分支 总计 相同 不同 分支 分支 总计 方式 编号 编号 编号 编号 编号 编号 分支 分支 分支 分支 分支 分支 相同 不同 相同 不同 相同 不同 同槽 106 24 72 126 328 99 0 O O 99 17 6 0 0 23 不完全纵 端部 59 8 1 104 1448 2619 53 0 0 4 57 l64 2 0 O 166 差I 1 总计 165 32 l 176 l 574 2947 152 0 O 4 156 181 8 O 0 l89 同槽 106 24 72 126 328 99 O O O 99 17 6 O O 23 不完全纵 端部 59 8 1 104 1448 2619 53 O O 4 57 l64 2 0 0 l66 差I 2 总计 l65 32 1 176 l 574 2947 152 O O 4 l56 181 8 O 0 l89 不完全纵 同槽 106 24 72 126 328 99 O O O 99 17 6 O 0 23 差I 1 端部 59 8 1 104 1452 2623 53 0 0 0 53 164 2 0 0 166 I 2 总计 165 32 1 176 l 578 2951 152 0 O O 152 l81 8 O 0 l89 一般来说 由于完全纵差保护对同相的匝间短 路毫无作用 所以在配置纵差保护时 首先考虑不完 全纵差保护 从表6可看出 无论安装1套还是2套不完全 纵差保护I 1 与I 2 并网空载工况下都能对197 种同相的匝间短路灵敏动作 占匝间短路总数的 36 62 对于构皮滩水电站发电机的匝间短路 尽 管不完全纵差保护的性能不如横差保护 但比起完 全纵差保护 还是能起到更大的保护作用 对于构 皮滩水电站发电机的2 754种相间短路而言 在分成 2个支路组的情况下 如果能安装2套不完全纵差保 护 那么所有的相间短路都能得到有效的保护 故 构皮滩水电站发电机采用不完全差动1 不完全差动 2和完全差动组合方案作为相间和匝间短路的主保 护 清华大学电机系设计人员对构皮滩水电站发电 机配置不完全差动1 不完全差动2 裂相横差组合 方案进行了内部故障的动作情况比较 见表7 对比表7与表5可以看出 在支路分组方式下 配置了1套完全裂相横差保护后 再加装2套不完 全纵差保护并不能进一步减小保护死区 这是因为 完全裂相横差保护的保护死区中只有同相的匝间短 路 对这些故障不完全纵差保护的灵敏度比裂相横 差保护还低 不可能动作 虽然加装不完全纵差保 护不能减小动作死区 但还是有利于保护的双重化 经过统计 不完全差动1 不完全差动2和完全差动 组合方案能对3 198种内部故障灵敏动作 正确动作 率为97 14 在支路分组方式下 有2 943种短 故障能使2种不同原理主保护灵敏动作 双重化 度为89 64 见表8 为进一步提高主保护双 化程度 与长江水利委员会设计院商议后 确定再 加1套完全差动保护 3发电机主保护配置方案的特点 经过比选 确定构皮滩水电站发电机中性点 用2分支引出 主保护采用裂相横差保护 不完 差动1 不完全差动2 单元件横差 完全差动 案 其特点是在发生内部故障时 主保护正确动作 能达到97 14 能使2种不同原理主保护灵敏j 作 双重化程度为95 17 完全满足发电机主保j 的要求 下转第73页 第5期 李新法 等 石灰石一石膏烟气湿法脱硫废水处理方式优化 73 5结束语 邹县电厂三期 四期脱硫废水排放方式由专门 的废水处理系统改为与灰浆混排方式后 取得的效 益远大于其不利影响 在今后工作中 邹县电厂将 继续跟踪治理脱硫废水排放过程中遇到的问题 通 过技术改造 将其不利影响降到最低 确保脱硫系统 的安全 经济运行 全面实现节能减排目标 参考文献 1 胡秀丽 石灰石 石膏湿法烟气脱硫装置运行管理探讨 J 电力设备 2007 8 12 79 81 2 金新荣 湿法烟气脱硫装置运行中存在问题及解决措施 J 电力设备 2006 7 12 73 75 3 吴怡卫 石灰石一石膏湿法烟气脱硫废水处理的研究 J 中国电力 2006 39 4 75 78 编辑 刘芳 作者简介 李新法 1963一 男 山东济宁人 工程师 从事电厂脱 硫检修方面的工作 E mail lixf zxc 0 3 tom cn 王祖涛 1978一 男 山东济南人 工程师 从事电厂脱 硫检修方面的工作 0 o 0 0 o 0 o o 上接第56页 表7完全裂相横差保护和不完全纵差保护的组合方案对所有故障的灵敏性统计 灵敏动作数 1 5 可能动作数 1 5 K 1 0 不能动作数 K 1 0 匝间短路 相间短路 匝间短路 相间短路 匝间短路 相间短路 保护的 故障 组合方 位置 相同 不同 分支 分支 总计 相同 不同 分支 分支 总计 相同 不同 分支 分支 总计 案 编号 编号 编号 编号 编号 编号 分支 分支 分支 分支 分支 分支 相同 不同 相同 不同 相同 不同 完全裂相 同槽 219 25 72 126 442 3 0 0 O 3 O 5 O O 5 磺差I 端部 192 8 1 104 1452 2756 80 O O O 80 4 2 0 O 6 不完全纵 差I 1 总计 4l1 33 1 176 1 578 3 198 83 O O 0 83 4 7 0 O 11 完全裂相 同槽 219 25 72 126 442 3 O 0 O 3 0 5 0 0 5 潢差I 不完全纵 端部 192 8 l 104 1452 2756 80 0 O O 80 4 2 0 O 6 差I 1 不完全纵 差I 2 总计 411 33 1 176 1 578 3 198 83 0 0 O 83 4 7 O O 11 表8完全裂相横差保护 不完全纵差保护l 2的3套主保护对各种内部故障的动作情况 同槽故障数 端部交叉故障数 匝间短路 相同短路 匝 短路 相同短路 故障 能同时灵敏反应的保护套数 相同 不同 分支编 分支编 小计 相同 不同 分支编 分支编 小计 总计 分支 分支 号相同 号不同 分支 分支 号相同 号不同 0 3 5 0 O 8 84 2 0 0 86 94 1 l13 l O 0 114 133 O O O l33 247 2 O 0 0 O O 0 0 0 8 8 8 3 106 24 72 126 328 59 8 1 l04 l444 2615 2943 4 结束语 国产同类型机组内部故障主保护配置提供借鉴 通过对构皮滩水电站发电机内部故障进行仿真 计算 并综合内部短路保护的动作死区最小 定子绕 组任一点短路时至少有2种原理不同主保护灵敏动 作的故障数最多 电流互感器数量最少 完成短路保 护功能所用的保护方案最简单 发电机中性点侧分支 引出最简便等设计原则 确定构皮滩水电站发电机内 部故障时的主保护配置方案 该配置方案能够保证 当发电机发生内部故障时 主保护正确动作率达到 97 14 能使2种不同原理主保护灵敏动作 双重化 程度为95 17 为机组安全 稳定运行提供保障 为 参考文献 1 曹定华 刘栓联 滑压曲线存在的问题及解决方法 J 华电技术 2010 32 3 11 12 编辑 刘芳 作者简介 涂勇 1977一 男 贵州贵阳人 工程师 从事发电厂运 行方面的工作 王贵来 1977一 男 山东单县人 工程师 从事发电厂 电气技术方面的工作 E mail emperorgui sina tom