進口發(fā)變組保護微機化升級改造比較淺析

鄒祥杰

【摘 要】進口發(fā)電機-變壓器組原廠配置的傳統(tǒng)電磁型繼電保護早已退出繼電保護市場，需升級為更快速、更靈敏、更可靠的微機型發(fā)變組保護。就國產(chǎn)微機型發(fā)變組保護與國外微機型發(fā)變組保護技術經(jīng)濟性比較，闡述選擇國產(chǎn)微型機發(fā)變組保護的可行性。

【關鍵詞】發(fā)電機-變壓器組 微機保護 換型

【中圖分類號】F224-39【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0404-02

一、 前言

基于數(shù)字計算機和實時數(shù)字信號處理技術實現(xiàn)的電力系統(tǒng)繼電保護被稱為數(shù)字式繼電保護，又常被稱為微機保護[2]。本廠600MW發(fā)變組保護由日本原主機制造廠配置的電磁型繼電器組成，采用了分體設計思想，目前該類型繼電器已停止生產(chǎn)。由于微型計算機技術地快速發(fā)展，使得傳統(tǒng)的電磁型繼電器早已退出保護市場，故存在保護事故備品難以配置齊全和價格偏貴的問題比較突出。為此，亟待將原有的發(fā)變組電磁型保護升級改造為更快速、更靈敏、更可靠的微機型保護。

二、發(fā)變組保護換型的必要性和可行性

（一） 必要性

1、 經(jīng)過咨詢，日本原主機制造廠可利用現(xiàn)有庫存的配件定做部分繼電器的備品，但無法提供同期裝置及同期繼電器的備品。預估造價折合人民幣已超過一百萬元，另有兩種型號的繼電器不含在此報價中。考慮到原廠發(fā)變組保護的備品缺乏，故擬將目前原廠電磁型發(fā)變組保護逐臺更換為微機保護。

2、 目前，本廠主變壓器仍采用日本原廠配置的單套保護，不滿足國電公司2002年138號文件25點反措要求“大機組必須按照雙重化配置，即：發(fā)電機、主變及高廠變具有兩套完整的的主保護、后備保護”及國家電網(wǎng)生計[2005]400號文件的最新十八項電網(wǎng)重大反事故措施要求[1]。

3、 另根據(jù)本廠、省調(diào)、設計院聯(lián)合審查圖紙的會議紀要，應增設發(fā)電機組橫差保護。

（二） 可行性

微機保護具有靈敏度高、可靠性強、維護調(diào)試方便、性價比優(yōu)良等優(yōu)點，技術已非常成熟。目前，國內(nèi)外大型發(fā)變組保護配置和技術改造升級時普遍采用微機保護。微機保護在電力系統(tǒng)中得到廣泛應用。

三、 國內(nèi)發(fā)變組微機保護硬件配置情況

（一） 國內(nèi)發(fā)變組微機保護主要硬件采用情況。

目前，國內(nèi)發(fā)變組微機保護采用航空產(chǎn)品級印刷電路板，印制板上選取的芯片均為進口軍品級芯片，大部分芯片為美國制造，經(jīng)過嚴格的篩選和老化后，在生產(chǎn)線上生產(chǎn)加工成保護裝置的各種插件。其中部分邏輯芯片采用日本、韓國生產(chǎn)的產(chǎn)品。繼電器世界知名廠家產(chǎn)品，如松下電工、歐姆龍等。屏柜端子一般采用德國鳳凰系列端子。

（二） 國內(nèi)與國外發(fā)變組微機保護核心硬件結構的區(qū)別

國內(nèi)發(fā)變組微機保護均采用雙CPU結構，“與門”出口方式，徹底杜絕了任何硬件損壞導致的誤動。

國外發(fā)變組微機保護大多采用單CPU結構，易受干擾誤動。

（三） 國內(nèi)與國外發(fā)變組微機保護設計構思的區(qū)別

國外發(fā)變組微機保護采用分體設計構思，一套發(fā)變組保護由很多保護裝置實現(xiàn)，存在現(xiàn)場接線復雜，CT需要串接，PT需要并接，二次回路故障幾率大大增加。

國內(nèi)發(fā)變組微機保護采用主后一體化設計或主后分離構思，雙主雙后，將一個發(fā)變組單元的全套電量保護集成在一套或兩套裝置中。對于一個發(fā)變組單元，配置雙套完整的電氣量保護，每套保護裝置采用不同組CT，均有獨立的出口跳閘回路。一體化設計，CT不需要串接，PT不需要并接，大大簡化了回路，CT回路斷線幾率大大降低，由于裝置數(shù)量少，誤動的幾率也降低。

四、 國內(nèi)與國外發(fā)變組微機保護原理差異的簡單比較

（一） 差動保護原理

國外ABB發(fā)變組保護差動保護采用標積制動原理，該原理的制動特性不能很好的與差流不平衡電流的特征曲線相配合，在區(qū)內(nèi)某些故障情況下存在拒動的可能，保護的靈敏度不高。GE和SIMENS發(fā)電機保護均采用常規(guī)差動保護原理，檢測發(fā)電機區(qū)內(nèi)輕微故障的靈敏度有限，其靈敏度受過渡電阻的影響。

國內(nèi)發(fā)變組微機保護采用常規(guī)差動保護原理同時，部分保護廠家（如南瑞繼保）采用了工頻變化量差動保護新原理，消除了正常負荷電流的影響，削弱了過渡電阻對差動保護靈敏度的影響，大大提高了區(qū)內(nèi)輕微故障的靈敏度。此外，還采用變斜率比率差動保護新原理，能夠很好的跟不平衡電流曲線相配合，在區(qū)內(nèi)故障時保證最大的靈敏度，在區(qū)外故障時可以躲過暫態(tài)不平衡電流[3]。

（二） 防止區(qū)外故障CT飽和導致的差動保護誤動措施

國外發(fā)變組保護采用附加制動區(qū)的辦法來躲區(qū)外故障CT飽和或傳變特性不一致，該原理在區(qū)外轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)故障時差動保護延緩動作，不利于快速切除故障。

國內(nèi)發(fā)變組微機保護均具有完善的異步法CT飽和判據(jù)，根據(jù)差動保護制動電流工頻變化量與差電流工頻變化量的關系，明確區(qū)分區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障，如判出區(qū)外故障，投入相電流、差電流的波形識別判據(jù)，區(qū)外故障CT飽和不誤動，區(qū)內(nèi)故障CT飽和，裝置快速動作。在區(qū)外轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)故障時，差動保護仍然能夠快速動作。

（三） 橫差保護

國外發(fā)變組保護橫差保護不具有制動特性，定值門檻整定偏高，保護的靈敏度偏低。

國內(nèi)發(fā)變組微機保護采用相電流比率制動式高靈敏度橫差保護新原理，保護定值可以安全降低，橫差電流定值只需按躲過正常運行時不平衡基波電流整定，區(qū)內(nèi)故障靈敏動作，區(qū)外故障可靠制動，大大提高了保護的靈敏度。

（四） 縱向零序電壓匝間保護

國外發(fā)變組微機保護縱向零序電壓匝間保護不具有制動特性，需要經(jīng)負序功率方向元件閉鎖，保護的靈敏度偏低。且由于負序功率方向元件在外部三相短路暫態(tài)過程中和頻率偏離額定值時可能會誤判，導致保護誤動。

國內(nèi)發(fā)變組微機保護采用綜合電流制動匝間保護新原理，該判據(jù)本身就能可靠區(qū)分區(qū)內(nèi)、外故障，無需經(jīng)負序功率方向元件閉鎖，縱向零序電壓匝間保護只需按躲過正常運行時不平衡基波電壓整定，區(qū)內(nèi)故障時靈敏動作，區(qū)外故障時保護可靠制動，大大提高了匝間保護的靈敏度。

（五） 轉(zhuǎn)子接地保護

1、轉(zhuǎn)子一點接地保護

ABB采用外加交流電源式轉(zhuǎn)子一點接地保護原理，該原理的計算精度受轉(zhuǎn)子繞組對地電容的影響，保護的靈敏度不高，大概在30K左右。

國內(nèi)發(fā)變組微機保護可提供兩種轉(zhuǎn)子一點接地保護原理供用戶選擇，分別為乒乓式轉(zhuǎn)子一點接地保護原理和有源切換采樣式轉(zhuǎn)子一點接地保護原理。兩種原理均不受轉(zhuǎn)子繞組對地電容的影響，能精確測量轉(zhuǎn)子一點接地電阻，保護的靈敏度高達80k，且與轉(zhuǎn)子接地位置無關。

2、轉(zhuǎn)子兩點接地保護

國外發(fā)變組保護均沒有設置轉(zhuǎn)子兩點接地保護原理，無法提供對轉(zhuǎn)子兩點接地故障的保護。

國內(nèi)發(fā)變組微機保護可提供兩種轉(zhuǎn)子兩點接地保護原理，一種是利用轉(zhuǎn)子一點接地位置的變化量構成的轉(zhuǎn)子兩點接地保護原理；另一種是利用發(fā)電機定子電壓二次諧波負序分量實現(xiàn)的轉(zhuǎn)子兩點接地保護原理。

（六） 失磁保護

國外發(fā)變組保護的失磁判據(jù)比較單一，沒有轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)，失磁保護的可靠性不高。

國內(nèi)發(fā)變組微機保護的失磁保護采用開放式失磁保護方案，阻抗判據(jù)、母線低電壓判據(jù)、轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)、逆無功判據(jù)、減出力判據(jù)可以根據(jù)需要自由組合，大大提高了失磁保護的可靠性。

五、結論

根據(jù)以上綜合分析，可以得出以下結論

1. 國內(nèi)和國外的發(fā)變組微機保護在硬件配置方面對比，區(qū)別不大；保護功能及原理配置方面對比，國內(nèi)的發(fā)變組微機保護優(yōu)于國外的發(fā)變組微機保護，宜優(yōu)先考慮采用國內(nèi)的發(fā)變組微機保護；

2. 從經(jīng)濟方面比較，采用國內(nèi)的發(fā)變組微機保護將大大節(jié)約成本；

3. 在考慮廠房內(nèi)發(fā)變組保護換型時應同時考慮主變保護雙重配置的改善，防止在主變低壓側(cè)加裝CT或重復投資的現(xiàn)象發(fā)生。

參考文獻

[1] 國家電力公司.《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點要求》. 2002.

[2] 楊奇遜，黃少鋒.《微型機繼電保護基礎》.第2版.北京：中國電力出版社，2005

[3] 南瑞繼保電氣有限公司.《600MW機組發(fā)電機、變壓器保護技術方案》，2005