300MW汽輪發(fā)電機繼電保護雙重化改造

摘 要：電力系統(tǒng)的繼電保護是影響電力系統(tǒng)運行的一個關(guān)鍵因素，為了推動電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，需要對落后的發(fā)電機繼電保護進行合理的改造。為了防止電力生產(chǎn)過程中出現(xiàn)重大事故，推動智能化電網(wǎng)建設(shè)的進程，需要對其進行雙重化的改造。本文筆者結(jié)合自身的實踐經(jīng)驗，分析了300MW汽輪發(fā)電機繼電保護的雙重化改造，目的是為發(fā)電機保護裝置的改造提供指導(dǎo)和借鑒。

關(guān)鍵詞：汽輪發(fā)電機；繼電保護；雙重化改造；整定計算

汽輪發(fā)電機在電力系統(tǒng)中占據(jù)重要的地位，對系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性起著舉足輕重的影響。但是由于大型發(fā)電機的造價較高且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦在運行過程中遭到破壞，就會造成很大的經(jīng)濟損失，此外對發(fā)電機故障維修需要耗費較長的時間，因此加大了維修的難度。可見，需要對未實現(xiàn)保護雙重化的發(fā)電機繼電保護進行雙重化改造，并綜合考慮各個因素的影響，提高繼電保護和自動裝置運行的準確性和可靠性。

1 300MW汽輪發(fā)電機繼電保護系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

300MW汽輪發(fā)電機的繼電保護系統(tǒng)主要分為三個部分，即微機運動裝置、上位機系統(tǒng)以及線路保護裝置。這三個部分共同牽制著發(fā)電機繼電保護的性能，進而對整個電力系統(tǒng)的運行起著至關(guān)重要的影響。

微機運動裝置是該系統(tǒng)的核心部件，主要是以CPU分布處理技術(shù)為指導(dǎo)，并且每一個模片都是在自己單片機的作用下完成自己的工作。其系統(tǒng)圖如下：

在串行總線的作用下，主CPU實現(xiàn)對各個功能模件的管理，并實現(xiàn)與上位機監(jiān)控系統(tǒng)的連接。模件負責(zé)對數(shù)據(jù)的采集、輸入以及輸出控制，并將數(shù)據(jù)傳送給主CPU，同時通訊模件在多口的RAM總線的支持下，將現(xiàn)場的運行情況傳送給相應(yīng)的調(diào)度端，實現(xiàn)對現(xiàn)場工作運行情況的遙控和遙調(diào)。

上位機是借助工業(yè)控制機對系統(tǒng)進行統(tǒng)一的管理，主要包括事故打印機、報表打印機以及顯示器等，主要是完成系統(tǒng)運行的數(shù)據(jù)顯示、調(diào)整發(fā)電機的運行負荷、召喚歷史曲線、事故越限報警以及報表打印等工作。

線路保護裝置分為硬件和軟件兩大部分，其中發(fā)電機保護系統(tǒng)是獨立于線路保護裝置的系統(tǒng)，有著非常重要的作用，具有多重保護功能。

1.2 系統(tǒng)特點

300MW汽輪發(fā)電機繼電保護系統(tǒng)在電力系統(tǒng)發(fā)揮了重要的作用，主要是因為該系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢：首先，軟件和硬件結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)模塊化，這樣提高了總線的兼容性，形成了檔次不同和容量不同的裝置，不僅降低了設(shè)計的難度，還為系統(tǒng)的維護提供了便利，特別是中斷式工作方式的應(yīng)用，極大了提高了電力系統(tǒng)的運行效率；其次，大大的提高了系統(tǒng)運行的可靠性，特別是在分布處理技術(shù)的指導(dǎo)下，單個模片發(fā)生故障不會對整個系統(tǒng)造成影響，并且在軟件系統(tǒng)的支持下，可以對出現(xiàn)的故障進行自動回復(fù)，獨立性和可靠性強；此外，系統(tǒng)具有實時監(jiān)控功能和事故記錄功能，可以實現(xiàn)對故障的詳細記錄，并且故障處理程序可以在故障發(fā)生時，發(fā)出跳閘的命令，大大的減少了人為因素對故障分析的干擾。

1.3 進行雙重化改造的必要性

華能井岡山電廠#1機組于2000年投運，其#1發(fā)變組繼電保護配置為許繼集團有限公司生產(chǎn)的WFB-100微機型發(fā)變組成套保護裝置，由于該發(fā)變組保護裝置運行時間已達12年，設(shè)備硬件故障不斷發(fā)生，廠家設(shè)備已升級換代，無法滿足現(xiàn)場安全需求，給發(fā)電機的安全穩(wěn)定運行帶來風(fēng)險，現(xiàn)有的發(fā)變組保護無法再維持正常運行；而且根據(jù)繼電保護技術(shù)監(jiān)督要求，發(fā)變組保護需要雙重化配置，但該套保護目前為單套配置。因此，為了對電力系統(tǒng)的運行提供安全穩(wěn)定的工作環(huán)境，實現(xiàn)對于該300MW汽輪發(fā)電機的有效保護，準確的消除故障，有必要對#1發(fā)變組保護系統(tǒng)進行換型改造。

2 300MW汽輪發(fā)電機繼電保護雙重化改造方案

2.1 300MW汽輪發(fā)電機繼電保護雙重化改造原則

在對300MW汽輪發(fā)電機繼電保護雙重化改造的過程中，要按照國家電網(wǎng)調(diào)度的要求，遵循相應(yīng)的原則，進行雙重化的改造配置。

第一，將發(fā)電機變壓器所有的電氣量保護都進行雙重化配置，第二，各個配置的保護裝置之間不用電氣聯(lián)系，第三，要將非電量的保護裝置設(shè)置為獨立的電源網(wǎng)絡(luò)，特別低出口的跳閘回路要做到完全獨立，并將保護柜上的安裝位置保持獨立，第四，每一套保護裝置要設(shè)置獨立的電壓互感器和電流互感器為交流電壓和交流電流的繞組，實現(xiàn)保護范圍的交叉和重疊，避免保護死區(qū)的出現(xiàn)，實現(xiàn)對發(fā)電機的有效保護，第五，差動和后備保護是不可缺少的，二者可以實現(xiàn)對被保護設(shè)備各種故障的及時反映，在故障發(fā)生時，自動的做出跳閘或者是發(fā)出信號的反應(yīng)，第六，兩套完整的電氣量和非電量保護跳閘回路都能同時作用于斷路器的兩個跳閘線圈，第七，為了更好適應(yīng)汽輪發(fā)電機的雙重保護裝置，需要將每一臺機組的斷路器選擇雙跳閘線圈，可以有效的配合相關(guān)回路，這都是遵循了雙重化保護相互獨立原則，第八，在雙重化改造的過程中，要綜合考慮設(shè)備運行和檢修的安全性，當一套保護出現(xiàn)異常需要檢修時，不會對其他保護產(chǎn)生阻礙。

總之，在對300MW汽輪發(fā)電機繼電保護進行雙重化改造時，要避免保護裝置拒動對故障設(shè)備造成進一步的損害，同時也要避免出現(xiàn)為了實現(xiàn)保護而導(dǎo)致設(shè)備停運，這就需要在進行雙重化改造時，要結(jié)合發(fā)電機的實際情況，最大限度的降低經(jīng)濟損失，提高電廠的經(jīng)濟效益。

2.2 300MW汽輪發(fā)電機繼電保護配置

在對300MW汽輪發(fā)電機繼電保護的改造過程中，要結(jié)合實際情況以及保護動作的性能，在滿足繼電保護基本要求的基礎(chǔ)上，最大限度的簡化保護程序且提高保護性能，選擇經(jīng)濟有效的配置保護進行雙重化改造。

首先，要對短路保護配置進行改造。在電力系統(tǒng)的運行中，短路保護配置與接線形式的聯(lián)系密切，對于300MW的汽輪發(fā)電機繼電保護中，主要采用的接線方式是單元接線，這就需要結(jié)合繼電保護技術(shù)規(guī)程，對發(fā)電機-變壓器組進行雙重快速保護。通過差動保護的雙重化改造，可以有效的降低拒動的幾率，實現(xiàn)對裝置的閉鎖，有效的減少了誤動，提高了系統(tǒng)運行的安全性和可靠性。變壓器縱差保護，可以正確反應(yīng)變壓器外部短路故障，為了正確、及時的反應(yīng)變壓器內(nèi)部短路故障，選擇裝設(shè)瓦斯保護。瓦斯保護分為輕瓦斯保護和重瓦斯保護，分別利用開口杯和擋板式原理，反應(yīng)變壓器內(nèi)部的故障程度，確定發(fā)出信號還是將變壓器從系統(tǒng)中切除。

其次，要對接地保護裝置進行雙重化改造。電機最常見的故障之一是定子繞組的單相接地（定子繞組與鐵芯間絕緣破壞）。由于發(fā)電機中性點是不接地或經(jīng)高阻接地，所以定子單相接地故障并不引起大的故障電流。但由于大型發(fā)電機在系統(tǒng)中的重要地位，造價昂貴，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、檢修困難，所以對大型發(fā)電機的定子接地電流大小和保護性能提出了嚴格的要求，特裝設(shè)發(fā)電機定子一點接地保護，根據(jù)接地電流的大小，分別動作于信號或停機。

2.3 300MW汽輪發(fā)電機繼電保護雙重化改造方案

在對300MW汽輪發(fā)電機繼電保護雙重化改造的過程中，需要選擇合適的方案，這就需要結(jié)合發(fā)電機的性能和工作環(huán)境進行綜合的選擇。經(jīng)過考察，井岡山電廠#1發(fā)電機新繼電保護選擇了由南京南瑞繼保電氣有限公司生產(chǎn)的RCS-985B型發(fā)電機變壓器成套保護裝置，該發(fā)變組保護由發(fā)變組保護Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ屏配置組成。發(fā)變組保護Ⅰ、Ⅱ屏各配置RCS-985B裝置作為發(fā)電機、主變壓器、高廠變的電量保護；Ⅲ屏配置兩套RCS-974AG2作為發(fā)變組非電量保護裝置，所有保護屏均配置一臺打印機。

利用2012年#1機組大修的機會對#1發(fā)變組保護成功的進行了換型。本次改造范圍為#1發(fā)變組保護裝置（A屏、B屏、C屏及操作繼電器屏），本改造工程A屏、B屏、C屏屏柜整體更換，原有操作繼電器屏不變；大部分利用了原柜體上的外部電纜，長度不夠的電纜采用了轉(zhuǎn)接方式延長，新發(fā)變組保護實現(xiàn)了雙重化的配置，

首先，對發(fā)變組差動保護進行雙重化改造。本廠的300MW汽輪發(fā)電機屬于微機型發(fā)變組保護裝置，為了保證回路或者是裝置異常時有效的進行繼電保護，需要對兩個屏配置發(fā)電機的差動保護、主變差動保護以及發(fā)變組差動保護，確保在一套保護裝置出現(xiàn)故障時，另一套還可以正常運作，滿足發(fā)電機各項保護的雙重化配置。雙重化改造綜合考慮了現(xiàn)場的實際情況，主變高壓側(cè)斷路器采用兩組跳閘回路，這樣兩個屏可以同時啟動跳閘線圈。

其次，對TV進行雙重化改造。在發(fā)電機的機端配置中，有兩組TV，分別接入到兩個屏中，這樣在一組的TV斷線時，繼電器會及時的發(fā)出斷線的信號。在對TV進行雙重化改造時，先進行斷線判別，主要是借助電壓平衡進行判定，在某一個TV回去電壓時，繼電器會及時的發(fā)出斷線信號。然后可以借助信號進行定值整定計算，進而為實現(xiàn)閉鎖保護提供重要的依據(jù)。當電壓是無零序電壓時，可以對單組的電壓互感器進行TV斷線判別。

再次，對TA雙重化改造。裝置設(shè)有TA飽和判據(jù)，以防止在主變、高廠變區(qū)外發(fā)生故障等狀態(tài)下的TA飽和所引起的比率制動式差動保護動作。保護采用虛擬制動量的TA飽和識別專利技術(shù)，既能有效防止區(qū)外故障保護動作，又能保證區(qū)內(nèi)故障及區(qū)外故障發(fā)展成為區(qū)內(nèi)故障時保護的快速動作。對于TA的異常進行判定時，需要以相差流為依據(jù)，當本側(cè)的三相電流中有一相的電流不變或者是最大相的電流小于1.2倍的額定電流以及一相中電流的值為零時，這就說明TA出現(xiàn)異常。對TA的雙重化改造，需要在出現(xiàn)異常時，及時的發(fā)出異常信號，并且對其異常閉鎖差動進行定值，可以進行相應(yīng)的保護。當閉鎖差動整定值為零時，能夠判定出異常但是不會進行閉鎖差動保護，當整定值為1時，可以判定出TA異常且進行相應(yīng)的閉鎖差動保護。

此外，還需要對發(fā)電機的匝間保護進行雙重化改造和轉(zhuǎn)子接地保護改造。轉(zhuǎn)子接地保護原理包括外加電源及采樣切換原理等，由于測量回路本身內(nèi)阻的影響，不能兩套同時投入，運行時只能投入一套運行，但保護配置可以按雙重化配置，其中一套正常運行時投入，另一套退出，當運行的一套轉(zhuǎn)子接地保護退出時，可以投入另一套轉(zhuǎn)子接地保護。

井岡山電廠#1發(fā)變組保護2012年改造后至今，運行情況穩(wěn)定，未出現(xiàn)硬件及軟件問題；證明對該300MW汽輪發(fā)電機繼電保護雙重化改造取得了顯著的成效。通過雙重化改造，避免了故障死區(qū)的出現(xiàn)，能夠及時對出現(xiàn)的故障進行消除，進而維持整個系統(tǒng)的運行創(chuàng)造了安全穩(wěn)定的工作環(huán)境，大大的提高了系統(tǒng)運行的效率，為電廠經(jīng)濟效益的提高做出了突出的貢獻。

3 結(jié)束語

電力行業(yè)的發(fā)展使得機組的容量不斷增加，這就要求對電網(wǎng)的繼電保護工作加強重視，對300MW汽輪發(fā)電機繼電保護雙重化改造已經(jīng)成為電力系統(tǒng)發(fā)展的必然，對發(fā)電機運行故障的維修創(chuàng)造了有利的條件，為電力系統(tǒng)的運行提供了穩(wěn)定安全的環(huán)境，大大的提高了電力部門的經(jīng)濟效益，為我國電力行業(yè)的發(fā)展指明了方向。

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