《厂用电快切对继电保护的影响》由会员分享，可在线阅读，更多相关《厂用电快切对继电保护的影响（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4X300MW机组厂用电快切过程分析及其对继电保护的影响摘要厂用电源快速切换技术近年来已经在大型发电机组厂用电系统中日益运 用成熟，显示出它对确保机组稳定运行的优越性，并已在生产实际中积累了正负 两个方面丰富的运行经验。本文较为详尽的分析了厂用电切换过程中的动态特征 并给出了工程计算的方法，并针对快切失败及快切过程中对电动机差动保护的影 响等现场实际问题提出了解决办法及建议。关键词300MW机组；厂用电；快切装置；继电保护；过程分析1厂用电源切换过程分析1.1厂用电切换的几种形式以往发电厂的厂用电源自动投入装置都为慢速切换，最广泛采用的是备自投 BZT装置。随着大机组的迅速发展，高压电动机的容
2、量增加很多，300MW机组 的给水泵容量已达到5500KW，锅炉风机的容量也达到2000KW以上。大容量 的电动机在断电后电压衰减较慢，残余电压的幅值很大，给厂用电源的切换带来 很多问题。如果在残压较大时重新接通电源，电动机将受到冲击而损坏。如果等到残压 降低到很低，如30%以下，这样的电压对于重新投入备用电源而言，是安全的， 冲击降到了安全值以下。但是，要达到这样的条件，依照经验值，需要电动机群 衰减3秒以上的时间，这将对机炉运行参数的调整带来很大的影响，可能在厂用 电切换过程中造成机炉运行失去稳定。因此，以快速切换取代慢速切换，对大型 机组而言，势在必行。厂用电要在一两百毫秒内快速准确地实
3、现切换，首先要求断路器的快速分合特 性。真空断路器、SF6断路器取代SN系列少油式断路器，以其快速高分断的性 质满足了厂用电快切的必备条件。当前的厂用电快速切换，使用以下两种原理类型。第一种是快速定时限切换， 第二种是判别压差、相差、频差的快速切换。第二种原理的快切装置应用更为成 熟，更为安全，我厂PZH-1型快切装置就采用了第二种原理。1.2单台异步电机失去电源后的等效电路。厂用电的切换过程是一个复杂的机电动态过程，这里，首先分析单台电机失 去电源后的等效电路。众所周知，异步电动机的定子和同步电动机的定子一样，具有对称的三相绕 组。异步电动机的转子是个圆形的磁导体，在其圆周上均匀地布置着鼠笼
4、绕组， 其结构与同步电机的阻尼绕组相似，因此转子在电和磁的方面都对称，这就决定 了它的d轴、q轴的电抗是相等的。这样，就可以把异步电动机视作一个没有励 磁绕组而仅有阻尼绕组的同步机。所不同的是，在鼠笼导条中会感应一个频率很 低的电势和电流，这是由异步电动机2%5%的转差率决定的。电动机的运行情况突然变化时，转子绕组磁链应保持不变，异步电动机也可 以有一个与转子绕组合成磁链成正比的次暂态电势E”0，以及同它相适应的次暂 态电抗x”。由异步电动机的典型相量图，可以知道，异步电动机的次暂态电势为：E”0=U0-jI0x”在数值上，近似的取为：E”0U0- I0x”sinw。式中U0、10、0是工况变
5、化前瞬间的异步电动机的端电压、电流及其功率因数 角。异步电动机转子只有一个阻尼绕组，在工况变化瞬间，其中所发生的电磁现 象也应当和同步发电机交轴方向的一样，则可套用同步发电机交轴次暂态电抗的 表达式即异步电动机的次暂态电抗为：XrsXadX =X.S+Xrs + Xad式中Xs、Xrs、Xad分别为定子漏抗、转子漏抗以及定转子之间的互感。可以发现，次暂态电抗X”的表达式与异步电动机刚启动时的电抗相等，这并 非偶然。刚启动瞬间，转子尚未转动，鼠笼绕组又是个短接绕组，这和双绕组变 压器副边短路时的情况一样，所以异步电动机的启动电抗又可以看作短路电抗。 反之，当电动机断开电源时，电动势由转子产生，定
6、子开路，转子向定子侧反馈 电流，也可以看作是双绕组变压器副边向原边侧输送电流，此时的变压器短路阻 抗就起到了异步电动机次暂态电抗的作用。异步电动机的次暂态电抗，实际上即 为电动机的运行情况突然变化时，电机对定子基频电流所呈现的电抗。既然X”就是启动电抗，它在数值上就等于启动电压Ust与启动电流1st之比， 以标幺值表示，则为：X”=X启动*=1/I启动*由此，可以得到单台异步电机失去电源后的等效电路:短路前瞬间异步电动机的等值电路启动瞬间异步电动机的等值电路1.3挂接在母线上的电动机群及负荷在失去电源后的动态过程异步电动机能够向负荷提供电流是电磁与机械惯性相互作用的结果。当外接电源电压高于异步
7、电动机 内部感应电势时，电机从电网吸收功率，电磁力矩拖动机械力矩，做电动机运行；当外接电源低于异步电 动机内部感应电势时，机械力矩拖动电磁力矩，电机向电网输出功率，做异步发电机运行。而异步电动机 转为发电机运行，一般是由于接于定子绕组的电源电压失去、距定子绕组电气距离较近处发生短路、电机 定子出口残压较低等三种情况所致。应当注意的是，虽然异步发电机向电网输出有功功率，但由于其不带 励磁绕组，必须要从网上吸收较多的无功功率。我厂6kv母线上所带的负荷，既有大型电动机组成的电动机群，还有各配电变压器下所带的常规负荷。在 母线的工作电源失去瞬间，这些电动机群由于机械惯性的作用，转入异步发电机运行开始
8、向变压器下所带 的常规负荷输送电流。这个过程是一个电磁暂态过程，即异步电机的工作电流全部要发生转向，由输入变 输出。而此刻异步电机的电气工作模型，即为上一章节所给出的那样一一由次暂态电势串联一个次暂态电 抗组成。至于那些变压器负荷，尽管在失电瞬间这些综合负荷的负荷特性、阻抗特性会发生一些变化，但我们研究 的恰好是一个短暂的失去电源又恢复电源的过程，完全可以使用电力系统短路计算时的归算方法，近似用 恒定阻抗表示，阻抗值由失电前潮流负荷端电压Ud和负荷功率Sd计算获得：Z&= Pd - JQd电动机群由异步电动机运行转为异步发电机向变压器负荷输送电流这个电磁暂态过程，要产生非周期分量 电流，根据一
9、般的经验值，其衰减大约需要100ms，这取决于异步电机转子绕组电阻。与这个电磁暂态过 程同步进行的，还有一个机电的动态过程。这个过程实际上就是各异步发电机向外输出电功率的同时，对 机械惯性转矩产生一个制动作用，进而降低了转速，转速的降低又线性的影响到电机的感应电势使之降低， 电机端电压与频率跟着降低，使电磁输出功率进一步减小的一个动态机电过程。解析一个带有大容量电动机负荷的母线，失去电源后的残压衰减过程，需要使用大量的参数和变量。 首先，需要计算出母线上所带的恒定阻抗，也就是变压器所带负荷Zd，其算法如上文所述。第二.需要掌握主要异步电动机组的机械惯性时间常数TJ。第三，需要知道被异步电动机拖
10、动的机械负载的转矩特性。各机械负载，种类繁多，特性不一。其一般的 通用表达式可表示为：Mm=Ka+oA|式中，a为机械负载转矩中与转速无关部分，也可称为静止阻力矩；。为负载转矩与转速有关的指数；K 为异步电动机的负荷率。异步电动机组转子的运动方程式为：4 dsIJ dt =Mm-Me式中，s代表电机的转差率，Me代表电磁转矩。Me在异步发电机运行时为Me=V3 uicos1在电站辅机中，风机负荷的惯性时间常数TJ远大于水泵负荷，所以尽管所有的异步电机开始时都在向变压 器负荷恒定阻抗输出电磁功率，但由于拖动风机负载的电动机其转差率的下降显著慢于拖动水泵负载的电 机，后者电机感应电势的下降也就快于
11、前者。这个机电暂态过程经过一段时间后，可以预见，共接于一条高压厂用母线上的各路电动机负荷，它们都在 向母线反馈电流，但是大容量的锅炉风机电动机将提供主要的部分，并且关系着母线残压的衰减水平。而 其他一些机械负载的电机将只输出很小的反馈电流，甚至接受风机电机的输入电流而成为异步电动机运行。 2对我厂厂用电快切装置的评价2.1 PZH-1型装置特点及功能我厂厂用电快切装置提供正常方式下的手动切换和非正常状态下的事故切换。切换的种类分为串联切换和 并联切换。串联切换即先跳开工作电源进线开关，再合上备用电源进线开关，或是与之相反，又叫做相继切换。事故 状态下快切装置由发变组保护启动，切换的方式就是先跳
12、工作后合备用的串联方式。并联切换是备用电源与工作电源短时间并列，再跳开一侧进线开关。我厂正常方式下的手动切换就是并联 切换。在PZH-1型快切装置内部功能上还有并联半自动切换与全自动切换之分。并联半自动就是在装置上启动切换后，自动经同期判别，在启机时，将工作进线开关合上与备用开关并列， 在由运行人员手动跳开备用进线开关，停机时则相反。并联全自动就是启动切换后，装置自动完成并列与 跳另侧开关的操作，不需人员干预。除此之外，该装置还提供了不正常切换，是由母线非故障性低压引起的切换，它是单向的，只能由工作电 源切换至备用电源，分为以下两种情况： 母线三相持续低电压，超过设置时间后，装置自动跳开工作电
13、源，投入备用电源。 由于工作电源受控跳闸，或是误动跳闸，装置自动投入备用电源。在切换方式上，该装置设快速切换和慢速切换两种模式。快速切换就是在母线残压还没有下降之前，在设 定的频差、相差范围内，投上备用电源。慢速切换作为快速切换的后备，是在快速切换失败后，检查母线 残压，当残压降至（20%40%）的安全值时切换。在附加功能上，快切装置配有以下几种闭锁与报警：保护闭锁为防止备用电源投入故障母线，将反映这一故障的厂高变分支过流保护、分支接地保护引入了装置作为保 护闭锁，在保护动作时，快切装置立即关闭所有跳合闸出口。去耦合及耦合闭锁并联自动切换时，如果由于某种原因使应跳开的断路器未跳开，就有可能造成
14、两路电源长时间并列运行。 当两电源并列时间超过100ms，装置自动跳开后合上的电源，此项功能叫做去耦合；之后快切装置关闭所 有跳合闸出口，发出耦合闭锁信号。断线报警不论是母线电压一相或两相电压低，或是工作电源电压、备用电源电压不正常，装置都会发断线报警信号， 同时，断线报警存在时，装置不会自行启动切换。我厂PZH-1型快切装置的设定值为：允许频差0.2Hz允许相差30允许母线残压30%母线低电压65%母线低电压启动延时2.5秒外部闭锁快切延时160ms并联切换合备用延时70ms在厂用电源切换中，由于启动/备用变压器的一次接线运行方式改变，如某些联络断路器断开后，弱联系的 系统所带负荷阻抗差异较
15、大时，工作与备用电源之间的电压将存在一定的相位差，即“初始相角”。初始 相角的存在，使手动并联切换时两台变压器之间要产生环流，环流过大时对变压器是不利的。初始相角在 20时，环流的幅值大约等于变压器的额定电流。我厂在工作电源与备用电源进线的控制回路接线中，都 增加了同步检查继电器BT-1B进行闭锁。2.2对不同原理快切装置的评价前面已经讲述过，接有成组电动机负荷的母线残压特性，是一个多参数、多变量的动态机电过程，它的较 精确的数学解析适宜于以各异步电机的转差率为变量，用步长迭代求解一个多元一次微分方程组。但在工 程实际中，多使用试验测得的大机组厂用高压母线典型残压特性曲线，如附图一。附图一中，
16、A-A作为不安全区域边界曲线的依据是基于以下的假设。设电动机群等效电动机的启动允许 电压为1.1倍电动机的额定电压；设母线上电动机组和低压负荷折算到厂用高压后的等值电抗Xm与备用 电源的内电抗Xs的比值为2： 1。图中B、C两点是不安全区域边界曲线于母线残压的交点，分别对应着300ms和470ms，于是也可以认为 工作电源断开后的300至470ms是不安全的，不能进行切换。考虑到机组的负荷工况变化，需要对此边界曲线留有一定的安全裕量，修正后得到了 B-B的安全区域边 界曲线，由曲线与残压特性曲线的交点可以看出，工作电源断开后的240ms内投入备用电源开关是安全的， 这就是上文所述的第一种定时限厂用
