关于600MW汽轮发电机组失步保护改进的探讨
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摘要：国华太仓发电有限公司2台600MW汽轮发电机组。两套发电机微机保护采用GE公司UR系列G60装置，该装置失步保护存在缺陷，失步保护无阻抗轨迹穿越次数的判据，在发电机机组发生外部故障时，失步保护误动造成机组全停，通过对套G60过激磁保护装置的配置及具体功能的介绍，着重分析了发电机失步保护改进办法。
关键词：振荡电流；发电机失步保护；改进
Abstract: Guohua Taicang power company has two 600MW steam turbo-generator unit. Two sets of microprocessor based generator protection uses G60devices of GE's UR series, the device out of step protection has some blemish, out-of-step protection without impedance path across the frequency criterion, when the generator occurred external fault, the out-of-step protection misoperation makes unit full stop. Through introducing excitation protection device configuration and specific function of the set of G60, we focuse on the analysis of protection improvement of generator out of step protection.
Key words: current oscillations; generator out-of-step protection; improvement
中图分类号: TE42文献标识码:A文章编号：2095-2104（2012）
0 前言
随着电力系统容量不断增加，大型发电厂高压母线的系统阻抗较小，一旦发生系统非稳定性振荡，其振荡中心很容易进入失步发电机变压器组内部，这将严重威胁失步的发电机和系统的安全运行，所以目前我国大型发电机组均加装发电机失步保护。失步保护作为大型发电机的一个重要保护，对发电机稳定运行具有重要意义，振荡过程中保护的正确动作与电力系统的稳定息息相关，国华太电发电机失步保护采用美国GE公司UR系列G60微机保护装置，虽然有振荡元件设计细致的特点，但是存在着发电机外部短路，系统发生可恢复的振荡时，保护误动跳机的隐患，因此需要进行改进。
1 国华太电失步保护的基本原理
国华发电机组具有抗失步振荡的能力，当发电机带励磁失步时，如振荡中心位于发电机升压变压器组以外并且低于发电机出口短路电流的60%-70%时，允许振荡持续时间为15-20个振荡周期，失步振荡中心位于发电机升压变压器组内部时，允许启动发电机失步保护跳闸。发电机失步保护必须具备两个功能，正确区分系统短路与振荡；确判定失步振荡与稳定振荡。
国华太电发电机失步保护采用GE公司UR系列的G60保护，其基本原理就是根据发电机测量阻抗在运行中遇到振荡时，阻抗在振荡过程中顺序滑过由发电机阻抗、主变阻抗和系统阻抗构成的综合阻抗所生成的特定阻抗区域，并在各区域停留相应时间这一特点，监测发电机阻抗变化轨迹从而判断发电机是否失步。G60发电机保护的振荡元件设置了外、中、内三组阻抗圆，靠正序阻抗轨迹穿越外圆和中圆的时间段的长短，来区分系统短路与振荡；靠阻抗轨迹穿越外圆和中圆的时间段和穿越中圆和外圆的时间段的长短来区分失步振荡与稳定振荡。当正序阻抗值恰好通过内圆的定值圆环时，阻抗从圆外进入圆内满足时间要求动作出口，功率振荡阻抗元件根据不同的阻抗轨迹，按照不同的动作时限动作于全停和启动失灵，此外保护根据出口断路器折断容量，采用了电流闭锁和PT断线闭锁。
2 国华太电失步保护的整定计算
选G60中Power Swing Detect为失步元件。
发电机中性点CT LH8 25000/5星形接线70CHA01EZ001
发电机中性点CT LH7 25000/5星形接线70CHA01EZ002
发电机出口PT TV170CHA01EZ001
发电机出口PT TV270CHA01EZ002
2.1 功率振荡正向阻抗及阻抗角
该定值适用于全部三个阻抗特性，正向阻抗应大于变压器和系统的正序阻抗之和。
FWD REACH=
取3Ω
式中：－系统最大运行方式下的最小系统阻抗。
阻抗角选为75°。
2.2 功率振荡反向阻抗及阻抗角
该定值适用于全部三个阻抗特性，反向阻抗应大于发电机的正序阻抗。
REV REACH=Ω 取4.6Ω
阻抗角选为75°。
2.3 阻抗圆限制角
设P为最大负荷点，则
求得
外圆限制角（OUTER LIMIT ANGLE）：在最大负荷条件下对应的限制角，外圆限制角应留有20°的安全裕量。
OUTER LIMIT ANGLE=130°
中圆限制角（MIDDLE LIMIT ANGLE）：按照说明书推荐值，应接近外圆限制角和内圆限制角的平均值。
MIDDLE LIMIT ANGLE=
内圆限制角（INNER LIMIT ANGLE）：动稳极限角（由系统调度部门给出，一般为120°~140°），取
INNER LIMIT ANGLE=
2.4 功率振荡动作时间
计算公式：
、代表外圆、中圆、内圆的限制角。
为系统最小振荡周期，由调度部门给出，取0.4S。
动作延时1——应小于在最快的功率振荡时，阻抗轨迹在外圆和中圆之间所需的时间。
，取PICKUP DELAY1=0.04S
动作延时2——应小于在最快的功率振荡时，阻抗轨迹在中圆和内圆之间所需的时间。
，取PICKUP DELAY2=0.04S
动作延时3——失步保护在跳闸前，阻抗轨迹需在内圆之间花费时间。它为失步保护发出跳闸命令提供了额外的安全度。
取PICKUP DELAY3=0.04S
动作延时4——用于延时跳闸方式。失步保护在跳闸前，阻抗轨迹在内圆以外、外圆以内所花费时间，需考虑可能的最快功率振荡。
，取PICKUP DELAY4=0.08S
复位时间——阻抗轨迹离开外圆后，振荡闭锁的复归时间。取出厂设置值RESET DELAY 1=0.05S
自保持时间——对短时跳闸信号的扩展。取出厂设置值SEAL-IN DELAY 1=0.4S
2.5 开断闭锁
发变组出口断路器失步遮断容量为31.5KA
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