沙角 C電廠高壓電機(jī)微機(jī)保護(hù)改造回路分析

鐘曉萍

(廣東省東莞市沙角 C電廠,廣東東莞 523936)

0 引言

隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展,對(duì)電機(jī)保護(hù)裝置的要求也越來(lái)越高,傳統(tǒng)的繼電保護(hù)產(chǎn)品已不能適應(yīng)這些要求,正在被逐步淘汰。各種類(lèi)型的電機(jī)微機(jī)保護(hù)裝置由于具有保護(hù)功能設(shè)置靈活、事件記錄清晰詳細(xì)、故障錄波、邏輯編程、后臺(tái)通訊等一系列優(yōu)點(diǎn),在電力系統(tǒng)保護(hù)中得到了廣泛的應(yīng)用,許多老廠也紛紛開(kāi)展電機(jī)微機(jī)保護(hù)裝置改造項(xiàng)目。

沙角 C電廠三臺(tái) 660MW機(jī)組是 1996年投產(chǎn),屬全進(jìn)口設(shè)備,高壓電機(jī)保護(hù)裝置主要采用 PBSJ 3E5C綜合保護(hù)裝置。由于該廠高壓電機(jī)保護(hù)裝置嚴(yán)重老化,備件價(jià)格昂貴且采購(gòu)周期長(zhǎng),以及為了配合廠用電控制系統(tǒng)智能化改造的需要,所以對(duì)高壓電機(jī)保護(hù)裝置及回路進(jìn)行了微機(jī)保護(hù)改造。微機(jī)保護(hù)裝置選用了 AREVA P242型保護(hù)裝置。

高壓電機(jī)微機(jī)保護(hù)裝置改造,除了需要將保護(hù)功能進(jìn)行重新設(shè)置、保護(hù)定值重新整定外,還有一個(gè)工作重點(diǎn)就是利用微機(jī)保護(hù)裝置的智能功能對(duì)控制回路進(jìn)行優(yōu)化整合。以下針對(duì)沙角 C電廠高壓電機(jī)微機(jī)保護(hù)改造項(xiàng)目中,對(duì)控制回路主要功能的設(shè)置優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行分析說(shuō)明。

1 控制回路主要功能設(shè)置

1.1 監(jiān)控功能設(shè)置

目前,國(guó)內(nèi)在微機(jī)保護(hù)裝置使用方面分為兩種方式,一種方式只是將電流、電壓信號(hào)引入保護(hù)裝置,保護(hù)裝置只作為電流、電壓保護(hù),不參與其他控制功能;另一種方式除了將電流、電壓信號(hào)引入保護(hù)裝置外,還將各類(lèi)控制信號(hào)接入保護(hù)裝置,充分利用微機(jī)保護(hù)裝置的智能功能。

改造前,沙角 C電廠的高壓開(kāi)關(guān)無(wú)故跳閘時(shí),很難判斷出是 DCS誤發(fā)指令引起開(kāi)關(guān)跳閘,還是電氣回路故障引起高壓開(kāi)關(guān)跳閘。雖然 DCS系統(tǒng)有出口動(dòng)作記錄,但因?yàn)殡姎饣芈饭收弦鸬拈_(kāi)關(guān)跳閘,同樣會(huì)使 DCS因反饋信號(hào)問(wèn)題自動(dòng)發(fā)出跳閘指令,所以無(wú)論是 DCS的誤跳閘還是電氣回路故障引起的誤跳閘,DCS都會(huì)產(chǎn)生記錄,這就導(dǎo)致無(wú)法利用該事件記錄直接判斷出故障區(qū)域,增加了故障查找難度,為機(jī)組的安全運(yùn)行留下隱患。

為了解決上述問(wèn)題,在改造時(shí)采用后一種方式,即將各類(lèi)控制信號(hào)全部接入微機(jī)保護(hù)裝置,而且將反饋至 DCS參與控制的信號(hào)也全部通過(guò)微機(jī)保護(hù)裝置輸出,這樣可以對(duì)所有參與控制的信號(hào)進(jìn)行全面監(jiān)控,并有詳細(xì)的事件記錄。P242微機(jī)保護(hù)裝置事件記錄的時(shí)間精度非常高,達(dá)到毫秒級(jí),它可區(qū)分出同一個(gè)繼電器上兩對(duì)常開(kāi)接點(diǎn)動(dòng)作時(shí)的先后順序,為故障查找提供了準(zhǔn)確的分析依據(jù),大大提高了故障處理速度。控制信號(hào)的接入也為保護(hù)裝置的邏輯編程提供了原始條件。

1.2 防跳躍功能設(shè)置

目前國(guó)內(nèi)常用防跳回路有串聯(lián)式防跳回路、并聯(lián)式防跳回路、彈簧儲(chǔ)能式防跳回路、跳閘線圈輔助接點(diǎn)式防跳回路等。對(duì)于電流啟動(dòng)、電壓保持式的電氣防跳回路還有一項(xiàng)功能,就是防止因跳閘回路的斷路器輔助接點(diǎn)變位過(guò)慢,造成保護(hù)出口接點(diǎn)先斷弧而燒毀的現(xiàn)象。沙角 C電廠高壓開(kāi)關(guān)是 GA HWX型真空開(kāi)關(guān),開(kāi)關(guān)本身不具備防跳躍功能,改造前,只是采用在合閘回路并入一輔助繼電器的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)防跳躍功能,跳閘回路中沒(méi)有設(shè)置防止保護(hù)接點(diǎn)燒壞的功能回路。其防跳回路如圖 1所示。

圖1 合閘回路簡(jiǎn)化圖

正常情況下合閘信號(hào)電源通過(guò)串聯(lián)的三個(gè)輔助接點(diǎn)驅(qū)動(dòng)合閘線圈 COIL,真空開(kāi)關(guān)合閘;當(dāng)真空開(kāi)關(guān)合閘后其輔助常閉接點(diǎn)斷開(kāi),電源將通過(guò)防跳躍繼電器 CCR01,利用繼電器線圈內(nèi)阻差的原理實(shí)現(xiàn)防跳躍繼電器 CCR01動(dòng)作,合閘線圈 COIL失磁,再通過(guò)防跳躍繼電器 CCR01常閉點(diǎn)閉鎖合閘線圈,從而實(shí)現(xiàn)了防止開(kāi)關(guān)跳躍的功能。

改造后利用了微機(jī)保護(hù)裝置的編程功能,采用“PULSE”、“DWELL”功能模塊將整個(gè)防跳躍功能編寫(xiě)入微機(jī)保護(hù)裝置中,同時(shí)通過(guò)延時(shí)方式防止保護(hù)接點(diǎn)燒壞。“PULSE”、“DWELL”功能模塊描述如圖2所示。

圖2 “Pluse”、“Dwell”功能模塊圖示

防跳躍功能編程首先將合閘指令與各類(lèi)閉鎖合閘的條件做成一個(gè)“與門(mén)”的關(guān)系,即有閉鎖條件時(shí)將不會(huì)發(fā)出合閘信號(hào)。同時(shí)在接收合閘指令后采用“PULSE”功能模塊,延時(shí) 500ms,即當(dāng)接受到一個(gè)合閘指令,不管該合閘指令發(fā)出的時(shí)間長(zhǎng)短,合閘出口繼電器只保持動(dòng)作 500ms,只有當(dāng)合閘指令斷開(kāi)后,重新發(fā)出指令,繼電器才會(huì)再動(dòng)作,有效的實(shí)現(xiàn)防跳功能,如圖 3所示。

圖3 微機(jī)保護(hù)裝置合閘回路邏輯簡(jiǎn)化圖

其次,為了防止因跳閘回路的輔助接點(diǎn)變位過(guò)慢,造成保護(hù)出口接點(diǎn)先斷弧而燒毀的現(xiàn)象發(fā)生,在分閘斷路器出口的邏輯設(shè)計(jì)中采用了“DWELL”功能模塊,延時(shí) 500ms,即不論接收的分閘指令時(shí)間長(zhǎng)短,分閘出口繼電器都延長(zhǎng)保持動(dòng)作 500ms,這樣就可以有效避免保護(hù)出口接點(diǎn)先斷弧的現(xiàn)象,如圖4所示。

圖4 微機(jī)保護(hù)裝置分閘出口邏輯圖

1.3 跳閘回路監(jiān)測(cè)功能設(shè)置

跳閘回路監(jiān)視主要是在線檢測(cè)跳閘回路的完好性,及時(shí)發(fā)現(xiàn)跳閘回路存在的故障,發(fā)出報(bào)警提醒維護(hù)人員及時(shí)消除該故障。P242微機(jī)保護(hù)裝置本身具備回路監(jiān)測(cè)功能,其監(jiān)測(cè)原理:監(jiān)測(cè)回路直接與開(kāi)關(guān)的跳閘線圈串聯(lián),利用動(dòng)作電壓差異的原理,使監(jiān)測(cè)回路可正確判斷,但開(kāi)關(guān)跳閘線圈卻不會(huì)誤動(dòng)。在整個(gè)回路的關(guān)鍵點(diǎn)就是要嚴(yán)格控制好監(jiān)測(cè)回路的分壓情況即控制監(jiān)測(cè)回路電流。微機(jī)保護(hù)裝置因?yàn)槭鼙旧眢w積的限制,所有電子元件功率設(shè)計(jì)余量比較小,在長(zhǎng)時(shí)間使用后串聯(lián)電阻容易發(fā)熱燒壞,存在令高壓開(kāi)關(guān)誤跳閘的風(fēng)險(xiǎn)。為防上述原因引起開(kāi)關(guān)誤跳閘,在改造時(shí)設(shè)置外部穩(wěn)定電阻,再結(jié)合微機(jī)保護(hù)裝置的光隔接口,構(gòu)成新的跳閘回路監(jiān)測(cè)系統(tǒng),其監(jiān)測(cè)原理不變,如圖 5所示。

圖5 跳閘回路監(jiān)視簡(jiǎn)化圖

因外部穩(wěn)定電阻不受空間的限制,選用 4kΩ 10W電阻,而實(shí)際回路中通過(guò)的電流非常小,不足30mA,所以燒壞的可能性非常小,提高了回路限流功能的可靠性,降低了開(kāi)關(guān)跳閘線圈誤動(dòng)的可能性。它與微機(jī)保護(hù)裝置失電報(bào)警功能配合,構(gòu)建成一個(gè)全方位的跳閘回路監(jiān)測(cè)功能回路。

1.4 緊急停止功能設(shè)置

由于微機(jī)保護(hù)裝置功能強(qiáng)大,在回路改造時(shí)將各類(lèi)控制功能全部集中在裝置中,當(dāng)裝置出現(xiàn)故障或裝置失電時(shí)將無(wú)法控制開(kāi)關(guān)。若此時(shí)發(fā)生系統(tǒng)故障或電機(jī)故障需要盡快斷開(kāi)開(kāi)關(guān),卻無(wú)法斷開(kāi),將會(huì)造成事故的擴(kuò)大。因此在回路設(shè)計(jì)時(shí),將一對(duì)事故按鈕接點(diǎn)接入微機(jī)保護(hù)裝置作為邏輯控制,同時(shí)增設(shè)一對(duì)事故按鈕接點(diǎn)直接與微機(jī)保護(hù)跳閘接點(diǎn)并聯(lián),保留了一個(gè)緊急跳閘手段,提高系統(tǒng)安全。

1.5 擴(kuò)展繼電器設(shè)置

GA HWX型真空開(kāi)關(guān)屬于電磁線圈合閘、彈簧脫扣分閘方式,控制回路電源是 110V DC,經(jīng)測(cè)量合閘線圈二次回路動(dòng)作電流是 6A,跳閘線圈二次回路動(dòng)作電流是 1.6A。微機(jī)保護(hù)裝置出口輔助繼電器的接點(diǎn)容量是 5A 250V AC,未能滿足合閘線圈動(dòng)作電流要求。為了保證接點(diǎn)在長(zhǎng)期使用后仍能保持接觸良好的狀態(tài),在保護(hù)裝置外部增設(shè)接點(diǎn)容量為10A的合閘回路擴(kuò)展繼電器。增設(shè)的繼電器型號(hào)為MVAA11,屬接點(diǎn)開(kāi)放型繼電器,對(duì)接點(diǎn)的檢查維護(hù)非常方便。

1.6 通訊功能設(shè)置

原有的電機(jī)運(yùn)行工況數(shù)據(jù)都是靠電工到就地控制盤(pán),通過(guò)手寫(xiě)的方式將電機(jī)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)記錄下來(lái),然后再導(dǎo)入電廠特制的數(shù)據(jù)系統(tǒng)保持下來(lái),消耗大量的人力,而且數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較低、數(shù)據(jù)采集量也有限。采用微機(jī)保護(hù)裝置后電機(jī)的所有參數(shù)可以通過(guò)通訊方式傳送到 DCS,在監(jiān)控屏上就可以了解到電機(jī)的運(yùn)行工況,方便又快捷。

2 結(jié)束語(yǔ)

改造后,一臺(tái)微機(jī)保護(hù)裝置約 4萬(wàn)元,比原有PBSJ保護(hù)裝置節(jié)約 2萬(wàn)多元,而且取消了電流變送器、功率變送器、防跳躍繼電器等元件。經(jīng)評(píng)估,一臺(tái)機(jī)組可節(jié)約 92萬(wàn)元,大大降低了生產(chǎn)成本。

另外,還解決了原有保護(hù)裝置老化,危及機(jī)組安全的問(wèn)題。微機(jī)保護(hù)裝置可對(duì)各類(lèi)控制、反饋信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)記錄以及電流、電壓信號(hào)故障錄波,提高了故障處理速度和為事故分析提供有關(guān)證據(jù)和依據(jù)。此外,還運(yùn)用微機(jī)保護(hù)裝置的通訊功能,實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)控,使該廠自動(dòng)化水平上了一個(gè)新臺(tái)階。

[1]錢(qián)亢木.大型火力發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2001.

[2]國(guó)家經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì)電力司.高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備[M].北京:中國(guó)電力出版社,2002.