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SR489发电机继电器及其运用
转自: 时间:2008年10月08日09:15

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  江西铜业公司贵溪冶炼厂引进的是70年代末的技术水平,自1985年建成投产之后,设备运行了15年,自动化仪表控制系统大部分EK系列仪表、电磁式控制继电器现已达到了工作寿命。随着运行时间的增长,仪表系统已进入了故障多发期,由于国外已经停止生产这类产品,备件难买,价格高。加之随着生产规模的不断扩大发展,设备的技术改造、技术更新势在必行。自动化程度高的企业中,仪表控制系统的重要性是不言而喻的,动力中心控制室自动化仪表控制系统DCS改造是国家重点工程江西铜业公司贵溪冶炼厂二期建设项目之一。在改造前期准备工作中,动力中心的重要设备15 295 kVA容量的余热发电机组的控制、保护、监测系统的改造为重中之重,慎而又慎。在众多眼花缭乱的各种智能型测控仪中反复对比、挑选,决定采用一块SR489发电机管理继电器替代原系统中几乎所有的控制保护继电器和计量、测量仪表。
  1 SR489
    (1)SR489是一种微处理器,具有经济的保护装置、计量装置和监测功能,装备了6只输出继电器用作分闸和报警,所有的功能都固化在一个抽屉式的结构中。它能够作为25、50或60HZ的同步发电机或者异步发电机的主要系统或者辅助系统的保护装置。也可用于其它方面。
  (2)SR489为用户提供广泛的保护功能。这些功能包括在起动时的瞬间过电流(50 S),瞬间和定时对地过电流(50/51GN),定子热模拟和RTD(49),负序过电流(46),轴承温度高(38),相差动(87G),过电压和低电压(59/27)和用于反电动的逆功率(32)。另外还提供发电机瞬间增磁保护(50/27),过速度保护(12),电压限制相位过电流保护(51V)和100%定子接地保护(59GN/27TN)。对于同步发电机还有过励磁(24)、失磁(40Q)、超频和低频(81)几种保护功能。该控制器还提供轴承振动(39)、电压相序逆序(47)、真空熔断器故障检测(60FL)、断路器故障检测(52BF)、跳闸线圈检查和顺序跳闸逻辑的保护。
  (3)监测功能包括RMS(有效值)电流、负序电流、电压、三相功率,温度和四个模拟输入。四个模拟输出通道可以灵活地设置或任意测量参数。事件记录将保持最后40件事情,电流和电压输入为每周期采样12次,在跳闸事件中将存贮16个周期。  (4)与用户相关的包括一个40字符的真空荧光显示器,控制键和全数字键盘。22个电子显示器设置在前面板上,用来显示SR489、发电机和输出继电器的状况。前面板上有一个RS232接口,可以很方便地与近距离的计算机连接,波特速率为9 600波特,背面有二个RS485接口,可以实现远程连接,波特速率可以从300到19 200波特。按照Modbus RTU协议规定,所有数据能通过三个通讯接口同时或单独传送到一个DCS(数据控制系统)、SCADA、PLC(动力负载控制)、或者PC(程序计数器)。该SR489还提供基本的Windows软件。
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2.1 电压限制相过电流
  这是一个系统的后备保护,相对于反时限曲线,在输出CT上测量到的电流值用于定出时间,SR489反时限曲线可以是ANSI,IEC或GETYPEIAC标准曲线中的一种。如果这些曲线没有一条合适,则可以用FlexCurveTM自定义反时限曲线。使能后,限压功能会降低每项过电流临界值。当限压使能且有恶劣故障发生,电压最低限定设定是防止先于主保护分闸。如果限压不作要求,则这个设定值为“NO”,如果VT方式选为“NONE”或VT断路器损坏,则限压忽略且元件仅作为简单的过流动作。
    例:在下面情况下确定限压过流临界值。
    过电流临界值=2×CT
    使能电压=YES
    线电压/额定线电压=0.4 PV
    限压O/C临界值=(相O/C临界值×限压曲线临界倍数)×CT=(2×0.4)×CT =0.8×CT
                          表1 电压限制相过电流

  
    本系统电压限制相过电流设置如下:
    过流分闸:闭锁
    指定分闸继电器:R1
    相过电流激活:YES
    电压最低限定:0.4
    相过电流临界值:7.69CT
    曲线形状:ANSI MODERAELY MULTIPLER

  
2.2 负序过电流
  发电机转子由于负序电流而发热是众所周知的现象。发电机有很特殊的热量限制且涉及到不平衡电流,当负序电流成份出现时,发电机应有一个持续和短时工作的额定值。     公式:K=I22t 定义发电机短时负序电流产生的热量
  其中 K=发电机厂家依据发电机尺寸和设计制定的常数
    I2=负序电流
  t=时间(S) 当I2>临界值(最小250 ms,最大值由设定值定义。)
  SR489有一确定时间(definite time)报警和反时限过流曲线分闸,以防止负序电流而引起的转子发热。负序电流临界值是发电机FLA(额定值)的百分数,发电机FLA=发电机额定kVA√3发电机额定线电压。负序过电流最大时间设定了一个最大时间,这个最大时间是分闸之前负序电流超过临界值能持续的最大时间。复位时间提供了一个由原来的不平衡状态下的热储存,这是一个从分闸到临界值的线性复位时间。或分闸就动作。复位时间是从分闸开始的线性复位时间且设定值要符合被保护设备的冷却特性。频率在5~90 Hz范围,V/Hz的检测很精确。设定值小于1.00时,保护只适用于特殊发电机,例如短路测试设备。  
  V/Hz保护特性有三类曲线对应着3个公式。
    
    
  
    曲线3#: 当V/F>PICKUP时
    T=D/{[V/F)/VNOM/FS×PICKUP]0.5-1}  
    其中:T=分闸时间S;D=延时设定值;V=Vab的RMS测量值;F=Vab的频率;VNOM=发电机电压设定值;FS=发电机频率设定值; PICKUP=V/Hz临界设定值
    注:V/Hz每个单元都计算;V/Hz=(线电压/额定线电压)/(频率/额定频率)
     

    本系统V/Hz保护设置如下:
    V/Hz报警:未闭锁
    报警继电器:R5
    报警值:1.17
    报警延时:3 S
    报警事件:开
    V/Hz分闸:闭锁
    分闸继电器:R2
    分闸值:1.34
    分闸延时:1.5 S
    V/Hz曲线复位时间:1.4 S
  V/Hz分闸保护曲线:1#曲线,1线
2.3 失磁
  SR489通过Y接法发电机上的一个阻抗元件可以检测失磁状态。当阻抗值持续下降到阻圆周内且持续时间达到预定的延时时间,则分闸就动作(分闸功能已使用)。用户可以给圆周1#和/或圆周2#使能以调整它们的系统的保护功能。较大的圆周直径应设置给发电机的同步阻抗,xd和圆周偏移量应设置给发电机瞬态阻抗xd′/2。一般地,较小的圆周(直径为0.7 xd,偏移量为xd′/2)设置给最小时值。如果电压监测使能及发电机电压大于VOLTAGELEVEL设定点的临界值,则该功能被封锁。分闸功能由最小电流0.05×CT监测。但是,如果VT熔断器故障或发电机解列,该功能则被封锁。
    公式:ZIOE=VAB/IA-IB=MIOE<QIOE
  其中:ZIOE:失磁次级阻抗
  MIOE<QIOE:次级阻抗相量(大小本系统原无此保护,现设置如下:)
    负序报警:未闭锁
    报警继电器:R5
    负序报警值:5%FLA
    负序报警延时:10 S
    负序报警事件:开
  负序O/C分闸:关闭
2.4 相差动
  SR489百分差动保护是双斜率特性。使得当故障电流很小时,保护灵敏度设定较高,而当故障电流较大时(大于2×CT),CT产生误差动作信号。最小临界设定是根据运行电流而设置的一个最小临界值的绝对值。延时时间依要求而定,以使得保护快速响应,但要躲过常规干扰。
       

公式: I运行>K×I限定
       I运行=IA-Ia
     I运行={|IA|+|Ia|}/2
其中:I运行=运行电流
      I限定=限定电流
      K=差动保护的特性斜率(IR<2CT,用斜率1;IR<2CT,用斜率2)
    IA=输出CT的相电流
  Ia=中性点端CT的相电流
B相、C相差动保护方法同上。
  本系统差动保护设置如下:
  相差动分闸:闭锁
  分闸继电器:R1  
    差动分闸最小临界值:0.05  
    差动分闸斜率1:10%
  差动分闸斜率2:20%  
  差动分闸延时:10周
2.5 逆功率
  如果该功能已使能,若三相功率总和持续超过反方向临界值(-MW)且持续时间达到预定的延时时间,则报警或分闸就会动作。这个值设定在发电机额定有功功率的每个单元(额定有功功率MW是由额定视在功率MVA和额定功率因数计算出来的)。如果发电机是由电源系统而不是原动力加速,那么逆功率功能要从起动开始闭锁一段时间。闭锁时间设置为0表示无论发电机是并网还是解列,只要能测量到电流和电压,逆功率保护就会起作用。如果VT类型设为“NONE”或VT熔断器熔断,则逆功率保护功能就失去作用。
功率测量的最小值是由此及2%额定CT原级的相CT最小值决定的,如果逆功率的临界值设定得比这个值要小,那么一但相电流超过2%关断值,则分闸或报警就会发生。要当心在设定值设得很低时,尤其是发电机上有大型无功负载情况下,逆功率检测元件不能提供可靠的指示。在这种情况下,低超前功率检测更可靠。
    本系统逆功率保护设置为:
    从并网开始封闭逆功率保护时间:1S
    逆功率报警:未闭锁
    报警继电器:R5
    报警值(-MW):0.03额定有功功率
    报警延时:10 S
    报警事件:开
    逆功率分闸:闭锁
    分闸继电器:R1
    分闸值(-MW):0.05额定有功功率
  分闸延时:10 S
2.6 过励磁(V/Hz)
  V/Hz保护用于发电机和单元互感器保护,一但Vab的大小和频率能够测量到,该保护就起作用。报警就按确定时间(definte time)或某条曲线实现。一但Vab的V/Hz的值持续超过临界值且持续时间超过预先设定的时间,报警和相角)
  所有的继电器都是依据次级阻抗,把原边阻抗值转变为次级阻抗值,公式如下:
    Z次级=Z原边×CT变比/VT变比
  其中:Z原边=原边阻抗值
  CT变比=设定的CT变比,若CT变比为1 200∶5,则值为240。
  VT变比=设定的VT变比,若VT变比为100∶1,则值为100。
    本系统失磁保护设置如下:
    电压监视:YES
    电压值:0.8 额定电压
    圆周1分闸:闭锁
    分闸继电器:R1
    圆周1直径:34.6
    圆周1偏移:2.5
    圆周1分闸延时:2 S
    圆周2分闸:关闭
       

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  (1)所有SR489特性都是标准的,没有选择。订货时须指定相电流互感器CT的次级参数,同时还要确定控制电源和模拟输出量的范围。
  (2)实际改造中,要注意电流互感器CT、电压互感器VT的同铭端,仔细参照SR489典型接线图接线,不得接错。否则会出现相位差动、逆功率等的动作,导致并网失败。
  (3)要注意原发电机系统的中性点接地方式是否与SR489典型接线图的要求的一致。否则,故障时接地保护不起作用,可能还会损坏发电机。我厂的余热发电机中性点接地系统与SR489典型接线方式不同,故保留了原系统的电磁式接地保护继电器。  (4)SR489设定时必须按要求指定报警和分闸的输出继电器,不要出错。否则该报警的却引起了分闸解列,该分闸解列的却报警而不解列,不是引起误动作就是拒动,导致发电机不能正常工作或损坏。
  (5)设定报警、分闸的参数需参照原系统电磁式保护继电器的整定值范围进行,不要随意缩小或增大。否则不该保护动作时却动作,该动作时却不动作,影响发电机正常运行。
  (6)可以根据实际情况尽量利用SR489的其它功能,运用原系统中没有的保护和监测,提高SR489的利用率。如顺序跳闸、低超前功率是一般发电机系统中没有的保护功能。
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  SR489发电机管理继电器在在线调试中共跳闸动作过4次,电流相差动1次,VT熔断器2次,逆功率1次。自正式投入运行以来,由于进入透平的蒸汽量突然减少和发电机负荷调整下降过快,出现了3次逆功率、1次低超前功率,均能迅速报警并跳闸解列,有效地保护了发电机。在实际运用中通过观察跟踪发现,SR489发电机管理继电器保护功能齐全,敏度极高,监测数据准确,反应迅速,设定、调整、检测、维护方便,互换性灵活,性能价格比高,是替代发电机控制保护测量系统中那些传统的、单功能的、电磁式保护继电器和测量仪表的最佳产品,还能完善一般发电机系统中没有的一些保护、监测功能,可以在老发电机系统的技术改造中和新建的发电机系统中推广使用。

(编辑:韦唯敏)
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