ABB REG216發變組保護在 600 MW機組中的運用

何偉文

(國電湖南益陽發電有限責任公司,湖南益陽 415300)

1 保護介紹

REG216發變組保護是瑞士 ABB公司生產的微機型保護,可以用作小型、中型及大型發電機的保護,也可用作大型電動機、變壓器饋線的保護。其保護由以下基本單元構成 (如圖 1所示)。

圖 1 REG216發變組保護基本配置圖

(1)輔助直流電源單元 216NG62

所有的電子單元及 I/O模塊已設計為帶冗余輔助直流電源運行。只要有 2個 24V電源中的任一個,就可保證所有設備的功能正確運行。

(2)保護處理單元 216VC62a

所有可用保護功能及邏輯功能均以軟件功能庫的形式保存于 216VC62a處理單元中。所有用戶整定值及保護配置和保護功能的輸入輸出通道配置也保存于該單元中。

保護將一次系統模擬量轉換成數字量,通過該單元連續地同保護功能起動值相比較。如果保護功能起動,則由該單元中所安裝的將保護功能確定輸出單元的信號及跳閘命令,通過 B448C總線分配給 216AB61輸出單元的相應通道,或分配給216DB61輸入信號及跳閘單元的相應通道。

(3)模擬量輸入單元 216EA61和模擬量采集單元216GW61

216EA61輸入單元接受來自 216GW61輸入變換器模塊的模擬量測量變量信號,并對其進行數字化處理,將信號傳送給 B448C總線。該單元最多可以有 2個 216GW62輸入變換器模塊與 1個216EA61輸入單元相連。

216GW62輸入變換器單元包含有 12個輸入TA及 TV,直接與一次系統的 TA,TV相連,可以對模塊中的 TA,TV類型及額定值進行選擇。其中有 1個專用的測量 TA,使得對電流的測量更加準確 (用于逆功率保護)。

(4)二進制輸出單元 216AB61

該單元將保護功能起動所產生的信號傳送給216GD61A輸出繼電器單元中的中間繼電器 K1～K16,以用于遠方發信。該單元有 32個輸出通道,1個 216AB61單元可控制 2個 216GD61A輸出繼電器單元。

(5)二進制輸入及跳閘單元 216DB61和繼電器及光耦模塊 216GD61a

二進制輸入及跳閘單元 216DB61由 16個輸入通道及 8個輸出通道組成。輸出通道用于將激活的保護功能的跳閘命令傳送給 216GD61a跳閘繼電器模塊。從 216GD61a輸入繼電器模塊得到外部信號,它通過總線將外部信號傳送給 216VC62a處理單元。

繼電器及光耦模塊 216GD61a由 16個光耦輸入、8個跳閘繼電器、16個發信繼電器構成。

(6)繼電器單元

保護裝置最終的信號輸出及跳閘出口是由專用的信號繼電器和跳閘出口繼電器構成。一些直跳回路是通過二極管單元來組成相應的跳閘矩陣。

2 保護原理及分析說明

2.1 變壓器差動保護

保護采用靈敏度更高的標積制動式縱差保護,如圖 2所示。

圖 2 變壓器差動保護動作特性圖

2.1.1 比率制動方程

式中 α為 I′1與 (-I′2)的夾角 。

對于兩繞組:I′1=I1I′2=I2

對于三繞組:I′1=MAX(I1,I2,I3)I′2=IΔ-I′1

2.1.2 動作特性分析

對三繞組變壓器,制動電流由 2個繞組的電流導出,而不是由 3個繞組的電流導出。對于穿越性故障來說,使用 3個繞組中有最大電流的 2個繞組電流作為制動電流以達到最好的穩定性。

制動電流由下面的等式定義:

角度值為 α=∠I1-I2

圖 3～5為變壓器各情況下的矢量圖。

(1)變壓器在正常運行時 (圖 3),差動保護中兩側夾角 α為銳角,cosα＞0,制動電流存在,差動保護處在比率制動區。

(2)變壓器處于穿越性故障時 (圖 4),根據制動電流等式,對穿越性故障 α=0,制動電流 IH變為對較高的穿越性故障電流可能會引起 TA飽和,為此當IH/IN＞b時 (I1,I2也高于 b值時),將差動保護特性曲線的斜率切換為無限值。只有I′1/IN或I′2/IN＜b時,該特性才切回到原設定的斜率,有效地防止區外短路,尤其是在變壓器出口附近短路時,由于各側的 TA特性不一樣而引起差動保護誤動。

(3)變壓器發生內部故障時 (圖 5):a.從一側饋入時 (I2=0),IH=0;b.從兩側饋入時(α=180°),IH=0。此時,變壓器差動保護的動作靈敏度最高。

2.1.3 在實際工程運行中,變壓器幅值補償系數a1和 TA變比過大時的處理方法

幅值補償系數 a1用于補償被保護機組的額定電流與 TA額定電流之間的差別。幅值補償系數 a1本身整定范圍為 0～2.2,通道系數 γ1整定范圍為0.5～2。

在大型發電機組中,為了適應回路中可能出現的最大負荷電流和滿足短時熱穩定和動穩定電流要求,可能會選擇變比較大的 TA,在變壓器容量較小時,差動保護整定時就會出現平衡系數較大而無法整定的情況。

益陽電廠二期工程 2×600 MW機組的脫硫變就出現了因變比過大、變壓器容量較小而無法整定的情況 。解決方法如下:

脫硫變參數:SN=20 MVA,高壓側 TA變比6 000/1A。高壓側 UN=20 kV。按正常計算:

IN=20 000/×20)=577.37A

a1=6 000/577.37=10.39

γ1=1

高壓側參考定額電流為

INC=ICTN×(γ1/a1)=0.096 A變壓器差動保護的啟動電流為:0.5IN=0.048 A。

幅值補償系數可以通過通道系數調整,但調整后最大整定范圍為 0～4.4。這樣,平衡系數就無法整定,變壓器差動保護則無法投入運行。這時,可以重新設定變壓器參考容量,解決方法如下:

設參考容量

幅值補償系數 a1=6000/1 385.68=4.33

將通道系數設定為 γ1=0.5,則幅值補償系數 a1=2.17,這樣,定值就可以設定了。高壓側參考定額電流則變為

而變壓器差動保護的啟動電流可設為 0.2IN=0.0462 A,誤差為 -3.75%。對于差動保護而言,這種誤差是可以接受的。

2.1.4 保護校驗注意事項

變壓器差動保護各側測量的二次電流均參考到各側的參考額定電流,也就是說,以各側的參考額定電流為基誰,然后進行差流、制動電流分析,判斷是否動作,這就不存在以哪一側為基準的說法,計算也相對簡單了許多。

2.2 逆功率保護

汽輪發電機組在主汽門關閉之后,發電機變成電動機運行。有功損耗約為 (1%～1.5%)PN,汽輪機有功損耗約為 (3%～4%)PN,所以逆功率總值約為 (4%～5.5%)PN。考慮到主汽門已關閉但尚有一些蒸汽泄漏時,由系統倒送的功率值可能小于 1%PN。這就要求逆功率保護要有高精度的反映,所以建議使用計量組的 TA和 TV,并且對 TA,TV的角度誤差進行測試,再通過保護軟件進行角度補償,以便更精確地進行逆有功測量。

對于本廠逆功率保護,它是采用線電壓和相電流組成逆功率保護 (保護裝置有專用的測量 TA)。重點是弄清參考功率、相位校正補償、特性角及保護計算功率的公式,這是保護定值計算和保護裝置校驗的基礎。

(1)相位校正補償:該整定用于對相位差進行補償。當 TV,TA之間的相位差對低功率因數的有功功率測量有較嚴重的影響時需要進行補償。

(2)特性角:最大靈敏度時電壓與電流之間的角度,根據 TA,TV的接線方式整定。

(3)參考功 率:PN=U發電機額定×I發電機額定×cosΦ

(4)測量功率:PN=UBC×IB×cosα

2.3 擾動記錄器

用于記錄保護功能起動時的電流、電壓波形及測量功能變量。保護提供有一個由電池供電緩沖,容量為 64 KB的存貯器,以允許在最大約 3 s的時間內記錄 12個模擬量信號及 16個開關量信號。為了保證存貯器不被無用的數據所填充,只有在有起動信號 (觸發信號)之后才進行記錄。每次產生起動信號時,在預定義的時間段內對數據進行記錄并作為一個 “事件”對記錄加以保存。因此,根據相關時間的定義,存貯器大約可有記錄 1～56個事件的存貯容量。但其錄波圖形需要專用讀圖軟件才能打開。

3 維護注意事項及說明

3.1 保護裝置開關量、模擬量的輸入都采用全封閉的金屬盒子,可以在很大程度上抵抗各種電磁波的干擾。

3.2 REG216保護裝置構成元件較多,尤其是跳閘出口繼電器和信號輸出繼電器,其布線較多,回路查找比較復雜。對于保護裝置校驗,不僅要校驗REG216保護本身,還要對其信號、時間、中間出口繼電器進行校驗,包括機械檢查、絕緣、動作電壓、返回電壓、動作功率、觸點接觸情況等一系列的檢查,工作量大,需要精細維護。

3.3 保護裝置本身沒有顯示屏,一些實時的模擬量采樣只有通過數據線和電腦相連查看。要注意的是,連接裝置時,先插好數據線再打開程序,斷開數據連接時要先關閉程序,再撥出數據線。另外,REG216保護本身信號燈、信號繼電器、出口繼電器的功能需要做大量的標識。

3.4 REG216保護裝置在定值下傳時較慢,而且在定值傳輸時可能會發生錯誤,這些錯誤可能會造成保護無法 “就緒”,導致保護無法運行。此時,只有通過 “清空程序”的方法來恢復最初設置,再重新下裝定值。

3.5 REG216保護裝置的定值項較多,需要繼電保護人員對定值精心維護。

3.6 CAP2-316軟件只能設置 48個保護功能塊,其中包括 FUPLA程序。有些保護僅依靠一個保護功能塊是無法實現的,需要 FUPLA將幾個功能塊的各種輸出信號聯合在一起,實現需要的保護。所以,在進行發變組定值管理工作時,其 FUPLA程序也要進行備份,并分清修改日期,以便還原。由于應用于大型機組,需要的保護較多,在 REG-216保護中會出現保護功能不夠的情況,這也只能靠加裝保護來滿足整個發變組保護功能的需要。

3.7 此保護由于模塊較多,所以體積較大,需要比標準保護屏更大 1號尺寸,在保護改造時需要注意。

〔1〕王維檢 .發電機變壓器繼電保護應用 〔M〕.北京:中國電力出版社,2005.