火电厂电气保护装置低电压穿越过流保护技术研究与应用

摘要：随着电网结构越来越复杂、新能源装机容量不断增加，电力系统在运行过程中发生电压暂降等故障的概率越来越大。火电厂是电力系统的重要支撑电源，机组及厂用电系统在电网故障时必须具有一定的低电压穿越能力。但是，低电压穿越时电气设备电流剧烈波动，传统过流保护装置的动作特性及整定原则存在一定的适应性不足，容易造成误动或者拒动，影响机组的安全稳定运行。本文围绕火电厂电气保护装置低电压穿越工况下过流保护展开研究，分析低电压条件下电流变化特性以及其对于保护动作的影响，在此基础上提出过流保护定值优化、电压闭锁和多保护协调配合等技术措施，并对其应用效果进行总结，以期给火电厂电气系统保护优化提供参考。

关键词：火电厂；电气保护；低电压穿越；过流保护

引言

火电厂长时间内承担着基荷和调峰任务，它的运行安全性、可靠性直接影响电网整体稳定。随着新能源并网、电网互联程度的不断提高，系统短路容量和运行方式越来越复杂，电压暂降、短时低电压等故障现象也更加频繁。为了防止大规模电源脱网，电网要求发电侧有更高的低电压穿越能力。火电厂在低电压穿越过程中不仅要保证发电机并网运行，还要保证厂用电系统以及关键辅机的供电稳定。此过程中，电气保护装置的合理动作尤其重要。传统过流保护主要是按照正常运行工况来整定，在低电压情况下很容易受到暂态电流以及测量误差的影响，不能满足新的运行要求。因此，有必要对火电厂电气保护装置中过流保护技术在低电压穿越条件下的适应性进行系统研究，并提出相应的改进措施。

1火电厂低电压穿越工况及其对电气保护的影响

1.1低电压穿越的概念及技术要求

低电压穿越是指电网发生短路等扰动引起电压暂时下降时，发电机组和相关电气设备能够在规定的时间内继续并网运行，不发生非计划停机或者解列的能力。有关电网技术规范一般会对电压跌落幅值、电压跌落持续时间有具体的要求，规定机组在某一电压范围内要继续运行，并在电压恢复后尽快复归出力。对于火电厂来说，低电压穿越不单牵涉到发电机本体，还牵涉到厂用电系统里大量的电动机、变频器以及电力电子设备，其运行状况直接关系到机组的整体稳定。因此，低电压穿越能力成了评判火电厂电气系统技术水平的一项指标。

1.2低电压穿越过程中的电流特性分析

电网电压发生暂降的时候，火电厂电气系统内各种设备的电流特性就会出现较大的改变。发电机在低电压情况下为了维持电磁功率平衡，定子电流常常会出现暂态增大现象；厂用电系统中感应电动机由于端电压降低，转矩下降，为了保证负载运行，电流会不同程度的增大；部分变频器、电力电子设备在控制策略切换时也会产生冲击电流。电流变化一般持续时间短、幅值变化大，和传统稳态工况下过流特性有很大差别，给电气保护装置的判别准确性提出更高的要求。

1.3低电压工况下过流保护面临的问题

传统过流保护在低电压穿越过程中，很容易受到暂态电流的影响，产生保护误动或者动作时间提前的现象。一方面电压降低使得电流测量值偏高，造成过流保护误判为设备故障；另一方面为了防止误动而提高定值，在真正发生短路故障的时候会造成保护拒动，降低系统的安全裕度。低电压时各级保护之间动作配合关系会被打破，影响保护选择性、灵敏性。这些问题在一定程度上削弱了火电厂低电压穿越能力的作用。

2火电厂电气保护装置中过流保护原理

2.1过流保护的基本工作原理

过流保护是火电厂电气系统中应用最广、最基本的一类保护，它的主要作用是对电气设备运行电流进行连续监视，从而判断系统是否出现异常或者故障。基本原理就是利用电流互感器对被保护回路的一次电流进行采样，经过保护装置内部的测量与计算单元处理后，与事先整定好的电流启动值进行比较。当检测到电流超过整定值并且持续达到设定的延时条件的时候，保护装置就判定回路中可能存在短路或者严重过载故障，发出跳闸指令，切除故障设备或者故障线路，防止故障扩大。火电厂电气系统中过流保护一般作为主保护或者后备保护使用，广泛应用于发电机出口回路、厂用电馈线、变压器低压侧以及重要用电设备的保护配置中。由于原理简单，动作可靠，对系统参数的依赖性小，在复杂的环境下仍然有较高的稳定性。

2.2常见过流保护类型及特点

工程实践中根据动作特性和应用场景不同，火电厂电气系统过流保护有定时限过流保护、反时限过流保护和速断保护等类型。定时限过流保护当电流超过整定值后，按照事先设定的固定时间延时动作，其动作逻辑清晰、整定计算相对简单，容易和上下级保护配合时间，常用于厂用电系统和配电线路的后备保护。反时限过流保护是根据故障电流的大小来自动调节动作时间的，故障电流越大，保护动作越快，故障电流越小，保护动作越慢。该种保护方式在保证选择性的基础上提高了切除严重故障的速度，适合电源侧或者线路较长、短路电流变化范围大的场合。速断保护不设延时或者仅设极短延时，主要用来迅速切除近处发生严重短路故障，减少设备所受热效应及电动力冲击。实际应用中，不同种类的过流保护一般要组合起来使用，合理设置动作电流、时间等参数，使各级保护之间互相配合，从而满足火电厂电气系统安全、选择、可靠三者兼得的要求。

2.3低电压条件对过流保护动作特性的影响

在低电压工作状态下，电气系统电流的特性同正常运行时有较大差别，电流和电压之间耦合关系也发生了改变，这对过流保护的启动条件以及动作判据有着重要的影响。当电网出现电压暂降或者短时低电压的时候，发电机以及厂用电系统中的部分设备为了维持功率或者转矩输出，常常会出现电流暂态升高的情况，使得过流保护所测量到的电流值显著增大，容易导致保护启动条件被触发。

3低电压穿越条件下过流保护技术优化研究

3.1过流保护定值优化思路

根据低电压穿越工况下的电流特性，在分析系统短路电流和暂态电流变化规律的基础上，对过流保护定值做合理的调整。适当提高启动电流值、延长动作时间或者采用分段定值的方式，在一定程度上可以防止暂态电流引起的误动，又可以保证在真实的故障发生时保护仍然具有足够的灵敏度。

3.2电压闭锁与电压判据的应用

过流保护中加入电压闭锁或者电压判据，是提高低电压穿越适应性的主要技术手段。当系统电压低于设定阈值的时候，暂时闭锁或者延缓过流保护动作，防止低电压引起的暂态电流造成误判；当电压和电流同时满足故障判据的时候，再允许保护动作。可以较好地区分电网扰动和设备故障，提高保护动作的准确性。

3.3多保护协调配合策略

在低电压穿越时，应该加强过流保护、差动保护、低电压保护等各类保护之间的配合。通过改善各种保护的动作顺序及定值关系，在各种工况下保护既能快速切除故障，又不会互相影响，从而建立更加完善可靠的火电厂电气保护系统。

结束语

本文以火电厂低电压穿越过程中出现的过流保护误动、适应性不足问题为研究对象，从低电压工况下电流变化的特点出发，分析了传统过流保护在动作判据、整定方法上存在的不足，进而对过流保护定值优化、电压闭锁引入、多保护协调配合等技术措施进行了研究和总结。研究结果表明，经过合理的过流保护策略的优化之后，可以有效地提高火电厂电气保护装置在低电压穿越条件下可靠性、选择性，减少误动的风险，从而保证机组连续稳定运行。相关研究成果对火电厂电气系统保护配置优化、运行管理有工程参考价值，也为以后智能化、自适应保护技术研究打下了基础。

参考文献

[1]左常伟.火电机组低压辅机变频器低电压穿越技术[J].科学技术创新,2025(07):56-59.

[2]周宽宽.低电压穿越技术在火电厂给煤机变频器中的应用[J].中国新技术新产品,2021(16):57-59.

[3]张春香,耿丽恺,刘芳义.智能技术在低压配电自动化系统中的应用[J].电子技术,2023,52(12):286-287.