繼電保護(hù)測(cè)試儀的保護(hù)方法介紹
繼電保護(hù)測(cè)試儀的保護(hù)方法
隨著電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量也越來(lái)越大。在國(guó)內(nèi)，單機(jī)600MW以上的發(fā)電機(jī)組已不再少見(jiàn)。發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的提高，相應(yīng)地對(duì)完成發(fā)電機(jī)定子短路主保護(hù)的差動(dòng)保護(hù)也提出了更高的要求。
微機(jī)在繼電保護(hù)上應(yīng)用以后，由于微機(jī)保護(hù)的智能的特點(diǎn)及高速運(yùn)算的能力，微機(jī)發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)的新原理大量涌現(xiàn)，給繼電保護(hù)帶來(lái)了一片生機(jī)。差動(dòng)保護(hù)的性能也得到了****的提高。但是我們也應(yīng)看到，在差動(dòng)保護(hù)的認(rèn)識(shí)上長(zhǎng)期存在許多值得進(jìn)一步探討的問(wèn)題，這些問(wèn)題還顯得很迫切，現(xiàn)歸納如下：
?。?） 發(fā)電機(jī)可能發(fā)生的短路故障
發(fā)電機(jī)定子可能發(fā)生哪些短路故障，故障發(fā)生的形式怎樣?
（2） 比率制動(dòng)原理
比率制動(dòng)原理出現(xiàn)后，制動(dòng)系數(shù)和斜率的概念有什么差別，對(duì)制動(dòng)曲線的拐點(diǎn)如何整定計(jì)算？
?。?） 標(biāo)積制動(dòng)原理［1，2］
標(biāo)積制動(dòng)原理和比率制動(dòng)原理在數(shù)學(xué)上有相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，那么如何理解標(biāo)積制動(dòng)原理的先進(jìn)性？
?。?） 故障分量差動(dòng)保護(hù)原理
故障分量原理先進(jìn)，但卻引發(fā)了原理能否應(yīng)用的討論［3，4，5］，其根本原因何在？
?。?） 不完全差動(dòng)保護(hù)［6］
不完全差動(dòng)保護(hù)需要解決的根本問(wèn)題是什么？
（6） 差動(dòng)保護(hù)靈敏度問(wèn)題
傳統(tǒng)的差動(dòng)保護(hù)靈敏度分析方法完全不能滿足發(fā)電機(jī)靈敏度分析的要求。如何分析才能合理呢？同樣在分析差動(dòng)保護(hù)的短路故障時(shí)，如果忽略過(guò)渡電阻會(huì)否走向謬誤？
（7） 保護(hù)原理的先進(jìn)性和保護(hù)裝置性能的不完善性
先進(jìn)的保護(hù)原理不能等同于先進(jìn)的保護(hù)裝置。在繼電保護(hù)的發(fā)展過(guò)程中，許許多多的保護(hù)新原理沒(méi)有得到推廣，個(gè)中原因值得思考。事實(shí)上，同樣的保護(hù)原理（如比率差動(dòng)原理），不同的保護(hù)裝置，其性能也不會(huì)完全相同。那么如何評(píng)價(jià)保護(hù)的性能更合理？
?。?） CT斷線的處理方法
CT斷線究竟是閉鎖差動(dòng)還是允許差動(dòng)直接跳閘？
?。?） 發(fā)???機(jī)的**性和可靠性問(wèn)題
電力系統(tǒng)在不斷發(fā)展，繼電保護(hù)的觀念也必須能跟上形勢(shì)，有許多觀念可能已過(guò)時(shí)或值得進(jìn)一步商討。那么在電力系統(tǒng)發(fā)展的今天，對(duì)機(jī)組保護(hù)的**性和可靠性應(yīng)如何看待？
以上這些問(wèn)題是發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)中長(zhǎng)期爭(zhēng)論的焦點(diǎn)，也是值得進(jìn)一步思考的問(wèn)題。本文一并提出來(lái)討論，供繼電保護(hù)人員參考。
1 發(fā)電機(jī)的定子短路故障
2 比率制動(dòng)式微機(jī)差動(dòng)保護(hù)
比率制動(dòng)式微機(jī)差動(dòng)保護(hù)的原理眾所共知，其動(dòng)作方程是：
res．0 為曲線的拐點(diǎn)電流，圖1中B點(diǎn)；Ipickup 為曲線的啟動(dòng)電流，圖1中A點(diǎn)；Ks為曲線的斜率，圖1中BC直線；Kz為制動(dòng)系數(shù)。
事實(shí)上，除了曲線①以外，微機(jī)比率制動(dòng)特性還存在其他兩種應(yīng)用的主要形式。其一是簡(jiǎn)單化的比率制動(dòng)特性，如圖1的特性曲線③，該特性曲線顯然是曲線①的簡(jiǎn)化，它實(shí)現(xiàn)起來(lái)方便，但靈敏度會(huì)受到一些影響。其二是帶折線的比率制動(dòng)特性，如圖1的特性曲線②，該特性曲線對(duì)擬合不平衡電流更**，它的靈敏度會(huì)高一些，但現(xiàn)在也有一種看法。由于電流互感器誤差特性的不確定性和離散性，因此，折線應(yīng)凹進(jìn)去多少比較難確定，會(huì)存在冒進(jìn)的可能，所以使用應(yīng)比較慎重，至少必須作一些理論分析。目前國(guó)內(nèi)用得*多的特性依然是如圖1所示的曲線①。
在比率制動(dòng)原理差動(dòng)保護(hù)上值得商討以下問(wèn)題：
應(yīng)用時(shí)，應(yīng)具體問(wèn)題具體分析，不可簡(jiǎn)單地取Ks=Kz。
根據(jù)式（10），如取Ires．0＝1，Ipickup＝0．1～0．3，Imax＝5～8，則當(dāng)Kz＝0．2～0．3時(shí)有Ks＝0．25～0．35。
3 標(biāo)積制動(dòng)式微機(jī)差動(dòng)保護(hù)
3．1 原理
為了提高差動(dòng)保護(hù)的靈敏度，提出了標(biāo)積制動(dòng)式微機(jī)差動(dòng)保護(hù)原理，即將比率制動(dòng)原理中和制動(dòng)量改進(jìn)成標(biāo)積制動(dòng)量（INITcosθ）。這一方案的*大優(yōu)點(diǎn)就是在不降低差動(dòng)保護(hù)可靠性的前提下，大大地提高差動(dòng)保護(hù)的靈敏度。
TxIN
而
Ty2+(IN-ITx)2-［ITy2+(IN+ITx)2］=
-4INITx=-4INITcosθ
θ 0° 20° 40° 60° 80°
IN+IT2/4 1.000 0.970 0.833 0.750 0.587
INITcosθ 1.000 0.940 0.766 0.500 0.174
θ 100° 120° 140° 160° 180°
IN+IT2/4 0.413 0.250 0.117 0.030 0.000
INITcosθ -0.174 -0.500 -0.766 -0.940 -1.000
(4) 差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)電流
差動(dòng)保護(hù)的實(shí)現(xiàn)公式并不象(1)和(11)那樣簡(jiǎn)單，而是公式(2)(3)和式(18)。即必須要克服一啟動(dòng)電流。標(biāo)積原理在θ>90°時(shí)可將這一固定門坎抵消，從這一點(diǎn)看，對(duì)保護(hù)動(dòng)作有利。
(5) 制動(dòng)量性質(zhì)
比率原理的制動(dòng)量總是正，而標(biāo)積原理制動(dòng)量可正可負(fù)，在制動(dòng)量為負(fù)時(shí)，表明保護(hù)動(dòng)作點(diǎn)離開(kāi)邊界條件遠(yuǎn)，也表明靈敏度高。
總而言之，要分析標(biāo)積制動(dòng)原理具有的高靈敏度和可靠性，應(yīng)基于繼電保護(hù)的“四性”來(lái)綜合分析。由此可見(jiàn)，標(biāo)積制動(dòng)原理從各方面來(lái)評(píng)價(jià)都比較優(yōu)越，至少不比比率制動(dòng)原理遜色。
3.2 保護(hù)特性
標(biāo)積制動(dòng)式微機(jī)差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作方程有兩種動(dòng)作方式。
其一是：
|IN+IT
(18)
其中 I
設(shè)：I
則有當(dāng)Ires/I
I
(19)
I
(20)
式(19)和式(20)同時(shí)滿足。
當(dāng)I
I
(21)
I
(22)
式(21)，式(22)同時(shí)滿足。
以上K
圖3 標(biāo)積制動(dòng)原理特性之二
這兩種方式本質(zhì)是一樣的。因?yàn)楫?dāng)cosθ<0時(shí)，將制動(dòng)量置為0，不影響標(biāo)積原理的任何性能。
3.3 在保護(hù)整定計(jì)算時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題
標(biāo)積整定原理的Kbz可以按照公式(16)來(lái)確定。
如選擇Kz=0.25時(shí)，Kbz=0.063，相應(yīng)Kv=0.251。
但為提高可靠性，有些文獻(xiàn)建議采用Kbz=0.8～1.2，Kv=0.89～1.1。其目的僅是由于標(biāo)積原理的靈敏度較高，如果選擇更高的Kbz則可以更大地提高區(qū)外故障防止誤動(dòng)的能力。v為制動(dòng)系數(shù)，顯然，保護(hù)特性如圖3。dif≥KvIresN/Ie<b或IT/Ie<bres/Ie>b時(shí)dif≥Kpickupdif≥KvIrese≤b時(shí)dif=|IN-IT|op.0為曲線的啟動(dòng)電流。
微機(jī)差動(dòng)保護(hù)當(dāng)滿足(18)式時(shí)，保護(hù)動(dòng)作。
其二是如圖3所示。KbzINITcosθ+Iop.0
發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中非常貴重和重要的電氣設(shè)備，發(fā)電機(jī)定子繞組可能由于老化絕緣降低、或者過(guò)電壓沖擊、或者機(jī)械震動(dòng)等原因發(fā)生相間或匝間短路。一旦發(fā)生短路，給發(fā)電機(jī)造成的危害十分嚴(yán)重，修復(fù)的費(fèi)用非常高。
發(fā)電機(jī)定子的短路性故障形成比較復(fù)雜，大體歸納起來(lái)主要有4種。
?。?） 發(fā)生單相接地，然后由于電弧引發(fā)故障點(diǎn)處相間短路
發(fā)電機(jī)內(nèi)部短路故障絕大部分是這樣發(fā)生的：首先發(fā)生單相接地故障（由于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不直接接地，因此單相接地故障不屬短路性故障），在故障點(diǎn)，由于電弧的作用，將故障點(diǎn)位置處其他健全的絕緣也燒損或由于過(guò)熱使故障部位絕緣下降從而引起短路性故障。顯然這種故障只能發(fā)生在同一槽內(nèi)的各繞組之間。對(duì)于不同的發(fā)電機(jī)組，由于繞組分布不相同，短路的情況也不同。
?。?） 直接發(fā)生相間絕緣擊穿構(gòu)成相間短路
發(fā)電機(jī)繞組與繞組之間的直接絕緣擊穿也形成短路。但這種故障的可能性和繞組與定子鐵芯之間的絕緣破壞的可能性相比要小得多，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)繞組采用的都是全絕緣，因此繞組與繞組之間的絕緣強(qiáng)度是繞組和定子鐵芯之間的絕緣強(qiáng)度的兩倍；另外在同一槽中上下繞組之間的電壓差也不太高，所以這種直接發(fā)生短路的可能性是較小的。
（3） 發(fā)生單相接地，由于電位的變化引發(fā)其他非故障點(diǎn)處發(fā)生另一點(diǎn)的接地構(gòu)成兩點(diǎn)接地短路
當(dāng)發(fā)生單相接地故障后，由于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的電壓發(fā)生偏移，產(chǎn)生了相電壓的不平衡，會(huì)引起發(fā)電機(jī)定子其他位置電位發(fā)生變化。正常情況下這種變化對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組而言是能夠承受的，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)是全絕緣。但發(fā)電機(jī)由于長(zhǎng)期運(yùn)行，絕緣可能老化或磨損，有些部位就可能出現(xiàn)絕緣薄弱的現(xiàn)象。在發(fā)電機(jī)沒(méi)有發(fā)生單相接地時(shí)，這些部位勉強(qiáng)能夠正常運(yùn)行，但當(dāng)發(fā)生單相接地后，由于這些部位承受不了電位的提高而發(fā)生絕緣擊穿，形成兩點(diǎn)接地短路。
?。?） 發(fā)電機(jī)端部放電構(gòu)成相間短路
發(fā)電機(jī)的定子繞組的端部，有時(shí)會(huì)由于接頭松動(dòng)等原因形成放電從而引起端部的短路。這種故障在發(fā)電機(jī)中發(fā)生的可能性也是非常之小。
由此可見(jiàn)，發(fā)電機(jī)定子短路故障，簡(jiǎn)單地認(rèn)為只可能發(fā)生在同槽內(nèi)是不夠**的。但由于絕大部分的短路故障是由定子單相接地未及時(shí)處理引發(fā)的。因此在實(shí)現(xiàn)完善的差動(dòng)保護(hù)原理的同時(shí)，完善和強(qiáng)化定子接地保護(hù)尤其重要。如果定子接地保護(hù)比較完善，就可以將大部分短路故障隱患消除在定子接地狀態(tài)。