GT13E2型燃機配套發電機保護系統國產化問題分析

王丹丹，羅振琨

GT13E2型燃機配套發電機保護系統國產化問題分析

王丹丹，羅振琨

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱150046）

發電機保護系統作為GT13E2燃氣-蒸汽聯合循環項目中實現國產化的重要電氣單元，必須完全匹配GT13E2燃機發電機通用規范，同時符合我國現行規范。介紹了幾點配套發電機保護系統的爭議部分，最終設備完美的替代了ALSTOM標準發電機保護設備。節約了采購成本，是國內首例GT13E2燃機項目的重要突破。

燃機；電氣；發電機保護系統；國產化

發電機的安全運行對保證電力系統的正常工作和電能質量起著決定性的作用，同時發電機本身也是十分貴重的電氣設備，因此，應該針對各種不同的故障和不正常工作狀態，裝設性能完善的繼電保護裝置。國產化GT13E2型燃機發電機保護系統在保護范圍界定、定子匝間短路以及跳閘出口繼電器等方面一直存在很大爭議。

1 GT13E2型燃機發電機保護范圍界定

GT13E2型燃機發電機標準保護系統是變壓器、發電機的整廠發變組保護。然而國內電廠的具體情況卻是主變保護通常由業主負責、發電機保護由電機供貨方負責。國外標準認為將變壓器保護和發電機保護分開非常危險，但若做出妥協，則需要進口整套ALSTOM設備，成本增加不說，與業主的責任界限分割也十分困難，經過調查深圳南天電廠第一臺13E2機組發電機和發電機配套保護是原裝進口設備，其配套的是ABB產REG216型微機保護，只是由于主變是南天電廠國產配套，于是請ALSTOM在發電機保護裝置內多配置了一塊“發/變組大差卡”，主變其他保護如低電壓過流等均由南天自行國產配套、另裝設一塊主變保護盤，保護出口接線按ALSTOM接口要求設計，也一直安全投運到今天。

2 發電機定子匝間短路保護

發電機定子匝間短路保護是機組安全運行的重要保護項，產生定子匝間短路的原因是發電機在正常運行中，定子繞組由于電暈腐蝕、長期受熱、機械振動以及機械磨損等因素的影響，匝間絕緣將會逐步劣化，如一旦遭受雷電波或操作過電壓的沖擊，便會經受嚴峻考驗。由于沖擊電壓波沿定子繞組的分布是不均勻的，并且波頭越陡，分布越不均勻，如一個波頭為3MS的沖擊波，在繞組的第一個匝間可能承受全部沖擊電壓的25%，因此匝間電壓的這種嚴重異常分布不僅會加速匝間絕緣急速老化，而且完全可能立即引發定子繞組的部分匝間絕緣擊穿。其后，在匝間電勢的作用下，短路繞組內將形成甚大的短路環流，理論分析表明，其值甚致超過機端三相短路電流，因此定子繞組匝間短路是發電機不容忽視的一種嚴重故障形式。

裝設定子匝間短路保護的必要性：

（1）故障統計表明，在發電機各類型式的故障中，定子匝間短路占有一定比例，如前所述，其危害較大，嚴重時將超過出口三相短路，此對造價昂貴的大型機組是不允許的。

（2）發電機定子接地是指發電機定子繞組回路及與定子繞組回路直接相連的一次系統發生的單相接地短路。定子接地按接地時間長短可分為瞬時接地、斷續接地和永久接地；按接地范圍可分為內部接地和外部接地；按接地性質可分為金屬性接地、電弧接地和電阻接地；按接地原因可分為真接地和假接地。定子接地保護不能完全代替定子匝間短路保護。這是因為已經劣化或受到機械損傷的定子繞組在受到外來電壓波的沖擊下首先發生的將是匝間短路而不是接地短路，如待匝間短路演變為定子接地，則往往遺誤時機，使機組破壞達到難以容忍的地步。

（3）實踐表明，發電機在運行中尚有開焊斷線的可能，其危害同樣不容忽視，雖然其并非匝間短路，但一些性能完善的定子匝間短路保護，同樣亦能反映，因此配置定子匝間短路保護往往可收到“一箭雙雕”之功效。

3 跳閘出口繼電器

國內跳閘出口繼電器采用lockout繼電器。各種保護裝置的出口繼電器采用手柄復歸式快速型輸出閉鎖（LOCKOUT）的繼電器，雙重化保護的出口斷路器也應獨立裝設。保護動作后在繼電器上有明顯的信號指示并可由運行人員用繼電器本身的手柄手動復歸。對出口繼電器的線圈有監視，采用串接高阻繼電器和電阻的方式，確保在高阻繼電器線圈短路的情況下，出口繼電器也不誤動，出口繼電器的線圈故障時發信號。出口繼電器的輸出接點滿足邏輯圖的要求后，留有四付備用接點。出口繼電器的輸出接點容量：在110V直流電壓下的長期允許通過電流不小于10A，0.2秒30A。在直流電壓110V電感回路中（T＜40ms）中的斷開容量不小于50W。繼電器的動作時間不大于10ms。在跳閘回路長期通電的情況下，不燒壞保護裝置的出口接點或其他的元器件。

4 結束語

GT13E2型燃機項目中采用的發電機保護設備備受爭議的部分最終也塵埃落定，變壓器保護由業主自行配置，涉及到交叉信號連接部分由業主設計院進行匯總。保護配置包括國標和Alstom所有要求，同時含有匝間保護。跳閘出口繼電器采用lockout繼電器。經過長達一年的技術交流、攻堅克難，此種發電機保護設備現已順利投產并運行。

[1]李元龍，李向賢，王進洪.GB 14285-1993-1993-04-10繼電保護和安全自動裝置技術規程[S].北京：國家技術監督局，1993.

[2]楊杰.西門子發電機保護在燃氣發電機組應用的研究[J].電氣自動化，2016，（6）：68-69.

[3]張琪，邱天明.大型聯合循環燃機電廠電氣主系統設計[J].上海電力，2006，19（2）：156-158.

[4]李孝堂.現代燃氣輪機技術[M].北京：航空工業出版社，2006.

Localization of Electrical System for GT13E2 Type Gas Turbine Generator Protection System

WANG Dan-dan，LUO Zhen-kun
（Harbin Steam Turbine Plant Co.，Ltd.，Harbin Heilongjiang 150046，China）

Generator protection system as an important electrical unit of GT13E2 gas steam combined cycle project localization，must exactly match the GT13E2 gas turbine generator general specification，and in accordance with the current standard specification of china.This paper introduces some controversial part of the generator protection devices in detail，which is a perfect substitute for ALSTOM standard equipment.Save procurement costs，it is the important breakthrough in the first GT13E2 gas turbine project.

gas turbine；electric；generator protection system；localization

TM77

A

1672-545X（2017）02-0280-02

2016-11-23

王丹丹（1983-），女，吉林人，碩士研究生，工程師，主要從事汽輪機控制系統設計工作；羅振琨（1983-），男，內蒙古人，碩士研究生，工程師，主要從事汽輪機液壓控制系統設計工作。