数字式继电器在发电机保护中的应用

O 引言
　　传统的发电机保护方案是由各种分立的保护继电器连同辅助继电器及其他方案的部件组成，一种保护往往要由许多继电器来共同完成，通常提供一些跳闸输出， 以便根据保护的工作类型触发各种设备动作。
　　近几年来，数字式保护继电器的技术已在电力系统继电保护领域- 得到广泛的采用。利用标准化的硬件，能很好鉴别多种功能、多种混合特性、 其他增强型性能和远程通信。当数字技术用于发电机保护时，许多保护功能可以综合入一个继电器中。这种方法使保护方案的物理尺寸及加于电流和电压互感器上的负载减少。如果把这综合性能扩展至包括布阵逻辑，则继电器之间的布线和辅助部件的总量也将减少。从而可进一步降低设计和安装的成本，并简化维护和调试的测试过程。这具有很高的经济效益，并使电力设备更有用途。
　　LGPG111继电器就是这样一个多功能数字式发电机综合保护继电器， 它把许多普通的发电机保护功能及相关布阵逻辑综合于同一继电器外壳中。其设计完全基手数字投术。利用模一数转换电路使模拟量信号转换成数字量数据。通过强大的l6位微处理器进行数字信号处理和执行各种保护算法。采用标准化模型，具有14个独立的发电机保护功能， 每种保护功能都可以起动和禁止，以适应各自的要求。用户可根据自己的需要选择所希望的保护功能来满足各种发电机， 从而避免了使用专门继电器型式的要求，使得继电器的技术要求、评估和工程规划设计得到简化，综合的布阵逻辑通过减少对辅助继电器和相关外部接线的要求消除了许多面板的工程设计。
1 保护功能
　　LGPG111继电器提供的保护功能如图1所示。具有14个独立的发电机保护功能以及其他一些附加辅助功能。其中发电机差动保护功能（87G）用于保护相问或三相定子绕组故障。该故障通常具有大的故障电流，所以需要快速切除故障。该功能按每相偏流工作。

　　定子接地故障保护功能（51N）反应电流变化而动作，一般可以整定保护区到95％定予绕组。通常用于灵敏接地的发电机或装有一个电阻接地的变压器。
　　中性点偏移保护功能（59N）则反应电压变化而动作，用于检测发电机上定子绕组的接地故障。该发电机是通过一个配电变压器接地，提供2个定时器输出元件。
　　当2个或更多发电机直接并联至一个母线时， 灵敏的方向接地故障保护功能（67N）用于鉴别内部和外部接地故障。专用的单相CT输入可以用于动作电流，能从三个线路CT中接受零序电流，或者从一个专用磁势平衡CT中接受电流，方向判断用的极化信号既可是加于中性点PT输入的电压信号，也可是加于定子接地故障电流输入的电流信号。
　　与电压有关的过电流保护功能（51V）用于系统的后备保护，当在一定时间后故障还未被其他保护切除时，则能使发电机断路器跳闸。与电压有关的保护功能既可以受电压控制， 也可以受电压限制。当电压受控时，而且电压降至设定值以下， 该定时特性会从一个负载特性改变成一个故障特性。这主要用于直接连接至母线的发电机。当电压受限制时，而且电压下降至设定值以下，则相应电流成比例下降，使定时特性随之变化。这适用于通过升压变压器连接至母线的发电机。只要使用Ydl或Ydll升压变压器，电压矢量补偿特性也可用来确定高压相问的电压信号。
　　逆功率（32R）和正向低功率（32L）保护功能用于检测原动机的损耗；正向低功率保护可用于较少急速操作而最好顺序停机的汽轮发电机， 以免产生过速。为了提供所需要的灵敏度，这二种功能都使用专门的电流输入。
　　负相序保护功能（46）用于检测持续的不平衡负载状况。该继龟器提供的磁场故障保护（40）是一个单相阻抗元件，反应发电机失磁故障。另外还提供一个欠压元件（27）和一个二阶段过压元件（59），其主要用作调速器和自动电压调节器的后备保护。提供二个欠频率元件（81U）和一个过频率元件（810），分别用于检测各种系统故障或操作情况所形成发电机的过负载以及用于发生过速时的调速器后备保护。提供的电压平衡功能（60）则检测熔断器故障。除了以上主要保护功能外，LGPG1 11继电器还提供了一些附加的辅助功能，如模拟输入量的测量； 事件和故障、扰动记录：时间同步： 打印、测试； 故障诊断和故障后分析；本地和远程仪表装置以及远程访问的串行通信等等。
　　另外，有些发电机保护功能如100％定子接地故障和转子接地故障在该继电器中没有提供，因为在大多数应用中他们是不标准的。当需要这些功能时，可以附加分立继电器；LGPG111继电器能够把外部设备综合入布阵逻辑中，使得跳闸设备连同本地和远程报警设备都能利用起来。
2 布阵逻辑

　　以上所有发电机组用的保护功能都是组合在一个布阵逻辑阵列中，该布阵逻辑监视保护功能和逻辑输入的状态， 并通过逻辑功能控制继电器输出。布阵逻辑是以软件为基础，所以能用最少的成本和布线综合入继电器中，并通过修改继电器的设定值使其易于重新配置。为了适合不同发电机的运用，布阵逻辑是可变和可配置的，同时还允许某些闭锁和互锁逻辑的应用。LGPG111布阵逻辑具有可编程逻辑阵列的设备中平常能找到的结构，如图2所示。图中示出了其内部AND-OR（与一或）结构。当AND函数为2个或多个输入或恰好通过1个输入连接提供闭锁和互锁时，0R函数允许1个或多个AND函数输出， 以控制各个输出继电器。输入和输出矩阵允许建立所需的连接，该矩阵的每个交叉代表可编程的相互连接。只要计及相应的相互连接及向继电器输入信息，通过该布阵逻辑的设定，就可以配置所需的跳闸逻辑。

　　图3就是一种布阵逻辑的示意图例子。图中上部分是“非紧急跳闸” 的正向低功率连锁功能的逻辑框图，下部分则是相应的布阵逻辑关系，两者的逻辑功能是完全一样的。但用布阵逻辑可使硬件元件及连线大大减少。
3 LGPG111继电器性能
　　LGPG111以一个综合成套装置包括了各种发电设备使用中一般需要的保护功能。灵活的布阵逻辑提供了可配置的成套装置的保护输出接点， 以便执行所需类型的动作。具有光电逻辑输入，使外部设备的状态受到监视， 并能试验保护功能的控制。同时也能够使机械保护功能通过LGPG1 ll布阵逻辑驱动报警或动作，并通过随保护成套装置提供的串行通信工具进行监视。由于LGPG111继电器把许多普通的发电机保护功能和布阵逻辑综合入同一继电器外壳中，从用户观点来看，简化了继电器的技术要求、评估和工作规划设计；从开发观点来看，该工作涉及到标准化模型，由于内部不变的软件结构，使得继电器得到更严格的试验。
4 结论
　　总之，用一个LGPG111型数字式发电机综合保护继电器可同时实现多种保护功能和其他功能，从而可使保护装置更加简单，结构更加紧凑，提供的信息更多，操作更加简便，装置发生故障的机率就更小，该继电器自2000年从法国阿尔斯通引进到广西来宾电厂以来，至今没有发生过一次误动作，其性能是相当可靠的。