一种大型空冷调相机主保护配置电路及配置方法

技术领域

本发明涉及大型调相机的设计制造和电力系统主设备的继电保护技术领域，尤其是一种大型空冷调相机主保护配置电路及配置方法。

背景技术

大型汽轮发电机定子绕组内部故障是电机常见的破坏性很强的故障，内部故障时很大的短路电流会产生破坏性严重的电磁力，也可能产生过热，烧毁绕组和铁芯。故障产生的负序磁场可能大大超过设计允许值，造成转子的严重损伤。因此，我国继电保护技术规程明确规定大型汽轮发电机需装设定子绕组相间和匝间短路保护。

但是现有的大型调相机(无论是双水内冷方式还是空冷方式)中性点侧只引出3个端子，如图1所示，只能装设完全纵差保护，而该保护仅能反应汽轮发电机定子绕组的相间短路，对匝间短路并不能动作。

研究结果表明在大型汽轮发电机中性点侧引出4个或6个出线端子并装设分支电流互感器，如图2和图3所示，(电流互感器用TA表示)，采用零序电流型横差保护+不完全纵差保护或者裂相横差保护+不完全纵差保护的主保护配置方案将大大提高保护方案的性能。但是对于大型汽轮发电机设计制造而言，即使只增加1个引出端子，或增设最简单的零序电流型横差保护，都要在出线结构上做重大改动，如图4和图5所示，使得图2和图3所示的技改实施起来难度很大。

发明内容

本发明的目的是提供一种大型空冷调相机主保护配置电路及配置方法，在不改变大型空冷调相机中性点侧引出端子数的前提下，通过合理改变调相机各相各分支引线线棒的组合方式以形成新的中性点侧引出端子。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明第一方面提供了一种大型空冷调相机主保护配置电路，包括设置在A相、B相、C相的第一分支的分支电流互感器和设置在调相机A相机端、B相机端、C相机端的电流互感器，所述分支电流互感器和电流互感器构成不完全纵差保护；A相、B相、C相的第一分支的引出端子连接形成中性点O1；A相、B相、C相的第二分支和A相、B相、C相的第三分支的引出端子连接形成中性点O2，中性点O1和中性点O2连接。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述分支电流互感器包括采集A相第一分支电流的分支电流互感器TA1、采集B相第一分支电流的分支电流互感器TA2、采集C相第一分支电流的分支电流互感器TA3；所述分支电流互感器TA1、分支电流互感器TA2、分支电流互感器TA3设置于机壳外部。

结合第一方面，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述电流互感器包括采集A相电流的电流互感器TA4、采集B相电流的电流互感器TA5、采集C相电流的电流互感器TA6，所述电流互感器TA4与分支电流互感器TA1构成不完全纵差保护形式；所述电流互感器TA5与分支电流互感器TA2构成不完全纵差保护形式；所述电流互感器TA6与分支电流互感器TA3构成不完全纵差保护形式。

结合第一方面，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述电流互感器TA4、电流互感器TA5、电流互感器TA6和A相、B相、C相定子绕组设置在机壳内部。

本发明第二方面提供了一种大型空冷调相机主保护配置方法，包括以下步骤：

空冷调相机A相、B相、C相的第1分支单独引出以形成中性点侧第1个、第2个和第3个引出端子，并在所述第1个、第2个和第3个引出端子上装设分支电流互感器TA1、TA2和TA3，形成中性点O1；

将A相第2分支和第3分支、B相第2分支和第3分支、C相第2分支和第3分支连接在一起以形成中性点O2，并与所述中性点O1连接在一起；

在A相机端接一个电流互感器TA4，与所述中性点侧的电流互感器TA1构成不完全纵差保护；

在B相机端接一个电流互感器TA5，与所述中性点侧的电流互感器TA2构成不完全纵差保护；

在C相机端接一个电流互感器TA6，与所述中性点侧的电流互感器TA3构成不完全纵差保护。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明通过改变调相机各相各分支引线线棒的组合方式以形成新的中性点侧引出端子，对包括同相不同分支匝间短路的端部故障类型进行保护，同时，因没有改变大型空冷调相机中性点侧引出端子数目，降低了电机设计制造难度。

附图说明

图1为大型汽轮发电机传统的出线方式和主保护配置图；

图2为大型汽轮发电机中性点侧引出4个端子并装设零序电流型横差保护和不完全纵差保护配置图；

图3为大型汽轮发电机中性点侧引出6个端子并装设裂相横差保护和不完全纵差保护配置图；

图4为大型汽轮发电机外形尺寸示意图；

图5为增设零序电流型横差保护用TA的布置图；

图6为本发明中大型空冷调相机新型中性点侧引出方式及主保护配置图；

图7为本发明大型空冷调相机主保护配置方法流程图；

图8为主保护方案不能可靠动作的故障类型示意图；

图9为大型空冷调相机分支电势构成示意图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图6所示，一种大型空冷调相机主保护配置电路，包括采集A相第一分支电流的分支电流互感器TA1、采集B相第一分支电流的分支电流互感器TA2、采集C相第一分支电流的分支电流互感器TA3、采集A相电流的电流互感器TA4、采集B相电流的电流互感器TA5、采集C相电流的电流互感器TA6。分支电流互感器TA1、分支电流互感器TA2、分支电流互感器TA3设置于机壳外部，电流互感器TA4与分支电流互感器TA1构成不完全纵差保护形式；电流互感器TA5与分支电流互感器TA2构成不完全纵差保护形式；电流互感器TA6与分支电流互感器TA3构成不完全纵差保护形式。A相、B相、C相的第一分支的引出端子连接形成中性点O1；A相、B相、C相的第二分支和A相、B相、C相的第三分支的引出端子连接形成中性点O2，中性点O1和中性点O2连接。电流互感器TA4、电流互感器TA5、电流互感器TA6和A相、B相、C相定子绕组设置在机壳内部。

如图7所示，一种大型空冷调相机主保护配置方法，包括以下步骤：

S1、空冷调相机A相、B相、C相的第1分支单独引出以形成中性点侧第1个、第2个和第3个引出端子，并在第1个、第2个和第3个引出端子上装设分支电流互感器TA1、TA2和TA3，形成中性点O1；

S2、将A相第2分支和第3分支、B相第2分支和第3分支、C相第2分支和第3分支连接在一起以形成中性点O2，并与中性点O1连接在一起；

S3、在A相机端接一个电流互感器TA4，与中性点侧的电流互感器TA1构成不完全纵差保护；

S4、在B相机端接一个电流互感器TA5，与中性点侧的电流互感器TA2构成不完全纵差保护；

S5、在C相机端接一个电流互感器TA6，与中性点侧的电流互感器TA3构成不完全纵差保护。

为了验证上述新型中性点侧引出方式及主保护方案的性能，下面以一台300Mvar空冷调相机(定子72槽/每相3分支)为例，运用“多回路分析法”，在全面的内部故障仿真计算的基础上对其灵敏度进行了分析计算。

表1大型空冷调相机同槽故障统计分析

表2大型空冷调相机端部故障统计分析

表1和表2所示内部故障的确定依据是电机制造厂提供的定子绕组连接图，所有这些短路都不是任意设定的。

表3对图6所示的主保护方案不能可靠动作故障数(以灵敏度K_sen＜1.5为界，主保护方案动作特性的整定参见《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》)及其性质进行了统计分析，发现其不能动作故障数占故障总数的2％左右，而图1所示的主保护方案不能动作故障数占故障总数的22％左右。

图6所示的新型中性点侧引出方式及保护方案的性能要显著优于传统的发电机中性点侧引出方式及主保护方案的配置，并且该技改方案非常适合于空冷方式的大型调相机。

表3大型空冷调相机并网空载时对端部故障图6所示主保护方案不能动作故障数及其性质

通过进一步分析，发现图6所示主保护方案不能可靠动作的端部同相不同分支匝间短路如图8实线和虚线箭头所示，两个短路分支的短路点距离中性点的位置相同。

由于大型空冷调相机每相3分支的电势构成不完全相同(如图9所示，大型空冷调相机定子绕组实际为不对称绕组——2P＝2/a＝3)，使得上述故障点之间存在压差(非等电位点)但压差不大，短路回路电流并不大，从而成为图6所示主保护方案的动作死区，更进一步说明仿真计算与统计分析的正确性。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。