奇数多分支大型水轮发电机主保护设计的特点

为保证大型发电机组的安全运行,在工程实践经验积累的基础上,有必要对发电机主保护配置方案的定量化设计过程进行归纳总结,以使其更好地服务于工程实践。该文以百色(135MW)、乐滩(150MW)、凤滩(200MW)、瓦屋山(130MW)、彭水(350MW)、拉西瓦(700MW)电站的6台水轮发电机的主保护设计为例,说明奇数多分支水轮发电机主保护的设计过程可归纳为一个每相3分支的水轮发电机主保护配置方案的设计,应立足于如何使用不完全裂相横差保护,即根据发电机实际可能发生的故障特点,舍弃每相某一分支的同时实现对剩余偶数分支的合理分组(相邻或相隔方式);相关设计规则的总结为奇数多分支大型水轮发电机主保护配置方案的定量化设计明确了方向,同时也显著地减少了设计计算的工作量。应用该方法可进一步简化发电机主保护配置方案的定量化设计过程。     

锦屏二级水电站发电机主保护设计

结合锦屏二级水电站水轮发电机的特性,通过对水轮发电机全面的内部短路分析计算、定量化的设计过程,完成了主保护配置方案的设计,保护方案性能优异。实现了水轮发电机保护无动作死区,而且对所有实际可能发生的内部故障有2种及以上不同原理的主保护灵敏动作,为大型水电站水轮发电机的安全运行提供了可靠保证。     

大型水轮发电机主保护定量化设计过程的合理简化

以三峡右岸（哈电机组）、龙滩、小湾、构皮滩（东电机组）、金安桥、拉西瓦、彭水电站的7台大型水轮发电机的主保护设计为例,说明多分支大型水轮发电机应根据每相分支数（偶数或奇数分支）和故障特点的不同来实现主保护定量化设计过程的合理简化,即偶数（或奇数）多分支水轮发电机主保护的设计过程可归纳为一个每相2分支（或3分支）的水轮发电机主保护配置方案的设计,其分支的合理分组（相邻或相隔方式）取决于发电机实际可能发生的内部故障特点。相关设计规则的总结大大减少了设计计算的工作量。     

100～300MW水轮发电机主保护配置方案的优化

以8台水轮发电机的主保护设计为例,对比了传统设计方案和定量化设计方案的性能．说明不能以每相分支数相或容量相等／相近为理由而相互套用或照搬主保护配置方案。由于100～300MW水轮发电机的绕组设计非常灵活,使得实际可能发生的故障特点各不相同．应作内部学冀兰算决定100～300MW水轮发电机的主保护配置方案。     

偶数多分支发电机的主保护优化设计

通过分析多分支发电机的2种典型内部故障对不同主保护的灵敏性,从减少相对保护死区的目的出发提出了选择支路分组方式的2条一般性原则。按照这2条原则,在构皮滩、龙滩和紫坪埔发电机的主保护设计中,不需具体计算保护方案的灵敏度就可从众多选择中直接确定最优的支路分组方式,再由优化设计可得到保护动作率最大的最优配置方案,大大节省了设计工作量。分析结果表明,在偶数多分支发电机的主保护配置中,一般应优先考虑分成2个支路组。     

计及故障发生几率的发电机主保护定量化设计

以漫湾二期和景洪发电机主保护设计为例,分析了7种主保护配置方案,主要比较了其中性能较好的2种方案在发电机内部故障时的动作情况及不能动作故障类型,说明在大中型水轮发电机主保护的定量化设计中,除了引入故障的存在几率——发电机实际可能发生的同槽和端部交叉故障,还应考虑内部短路的发生几率。由于不同的主保护配置方案均存在各自的保护死区,在保护死区相差不大的主保护配置方案的抉择中,应倾向于不能动作故障类型发生几率低的主保护配置方案,同时综合考虑其他因素,合理确定最终的主保护配置方案,以兼顾设计的科学性和实用性。     

每相2分支水轮发电机主保护设计特点

以5台每相2分支的水轮发电机的主保护设计为例,说明经定量化设计过程得到的"一横一纵"初步格局(裂相横差 不完全纵差保护)完全不同于传统设计方案(零序电流型横差 完全纵差保护),其他主保护方案的取舍应在定量分析的基础上,依据现有初步格局的性能和发电机中性点侧电流互感器布置的难易程度来决定,以达到主保护设计和电机设计2个方面"综合最优"的目标。     

向家坝和溪洛渡水电站发电机主保护设计总结

溪洛渡和向家坝水电站共安装了26台770～800MW的巨型水轮发电机组(包括5种不同机型,绕组形式和分支数均有所不同)。经发电机主保护定量化及优化设计过程,发现5种发电机虽中性点侧引出方式、保护方案的配置及保护性能相差悬殊,但其主保护设计过程实质上都是将一台偶数或奇数多分支的水轮发电机简化为一台每相2分支或3分支的发电机,分支的合理分组取决于发电机的故障特点和每相分支数;发电机主保护配置方案的性能则决定于所选择的定子绕组形式,应在绕组选型时兼顾发电机设计和继电保护的要求。     

水轮发电机主保护配置方案设计

以每相7分支的拉西瓦发电机(单机700 MW)主保护的定量化设计为例,说明奇数多分支大型水轮发电机主保护设计与偶数多分支发电机的不同之处:首先应立足于如何使用不完全裂相横差保护,即根据发电机实际可能发生的故障特点,舍弃每相某一分支的同时实现对剩余偶数分支的合理分组(相邻或相隔方式);其次在不增加任何硬件投资的前提下,通过合理选择零序电流型横差保护的构成形式,可以对不完全裂相横差保护的保护性能起到很好的补充作用。相关设计思想将在奇数多分支大型水轮发电机主保护的设计中继续得以验证和完善。     

三峡电站水轮发电机主保护设计回顾与展望

在总结三峡左岸电站发电机主保护设计运行成功经验的基础上,对三峡右岸发电机通过全面的内部短路分析计算、定量化的设计过程完成了主保护配置方案的设计,保护方案性能优异。所提出的由“完全裂相横差保护 不完全纵差/完全纵差保护”构成“一横一纵”的初步格局,再经定量分析结果决定是否增设零序电流型横差保护,从而确定最终的主保护配置方案的设计思想将在偶数分支水轮发电机主保护的设计中继续得以验证和完善,为大型发电机组的安全运行提供可靠的保证。     

龙滩发电机主保护配置方案

大型发电机内部故障主保护配置方案需要通过定量化设计来确定。对于多分支的水轮发电机,可以采用多种中性点引出方式,相应主保护的构成方式和组合方案数目巨大,很难通过"穷举法"获得最优的配置方案。文中通过分析龙滩发电机绕组结构和内部故障的特点,发现适当地选择中性点引出方式可以减小保护死区,从而大大减小了设计工作量。在此基础上,对龙滩发电机进行了主保护配置方案的定量化设计,最终提出了保护范围大、双重化程度高、工程上也易于实现的配置方案。     

三峡右岸发电机主保护配置方案设计研究总结

为给景洪等后续电站水轮发电机主保护的设计提供借鉴,对三峡右岸发电机主保护配置方案的设计研究进行了总结。通过细化三峡右岸发电机的故障特点来确定其典型故障特征,为主保护配置方案的优化设计明确了方向,同时也大大减少了计算的工作量。文中提出由“完全裂相横差保护 不完全纵差/完全纵差保护”构成“一横一纵”的初步格局,再经定量分析结果决定是否增设零序电流型横差保护,从而确定最终的主保护配置方案,这一设计思想将在偶数分支水轮发电机主保护的设计中继续得以验证和完善。     

再谈大中型水轮发电机主保护定量化设计的必要性

大中型水轮发电机主保护的定量化设计方法已在三峡、龙滩、拉西瓦、小湾等水电厂得到了应用。随着研究设计工作的深入和工程实践经验的总结,又提出了主保护的定量化及优化设计方法。文中分析了水轮发电机绕组形式对故障特点的影响,归纳总结了典型故障特征,但这种归纳只是为简化设计计算的工作量指明了方向。由于大中型水轮发电机绕组形式的多样性,因此现阶段还难以仅凭发电机的故障特点就决定中性点侧引出方式和主保护的配置方案,而应在全面内部短路分析计算的基础上,再经定量化的设计过程来完成。     

大中型发电机主保护方案和配置的定量化设计——发电机内部短路仿真软件的应用

通过2台单机700 MW的发电机（三峡电厂）和2台135 MW的发电机（平班电厂和百色电厂）主保护方案的设计，对现行设计工作中完全凭概念、经验和传统习惯的做法的科学性提出了质疑，究其原因在于没有掌握发电机内部短路的正确分析计算，不得已用机端金属性两相短路来校验保护方案的灵敏度，使得设计者对于所设计的主保护配置方案的性能心中无数。主保护配置方案的定量化设计将主保护方案的性能与发电机实际可能发生的内部短路紧密联系起来，在此基础上，按照“优势互补、综合利用”的原则寻求最佳的主保护配置方案，为大中型发电机的安全运行提供了高质量的保证。平班电厂和百色电厂发电机主保护设计的实例进一步说明在全面的内部短路分析计算的基础上进行主保护配置方案定量化设计的重要性。