機組保護(hù)跳閘出口雙重化研究

陳 強，陳鳳華

（調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司惠州蓄能水電廠，廣東 惠州 516100）

機組保護(hù)跳閘出口雙重化研究

陳 強，陳鳳華

（調(diào)峰調(diào)頻發(fā)電公司惠州蓄能水電廠，廣東 惠州 516100）

惠州蓄能水電廠機組保護(hù)A、B套保護(hù)共用一個跳閘矩陣，跳閘矩陣出口跳每個開關(guān)只設(shè)置一個出口繼電器，未實現(xiàn)跳閘矩陣及出口繼電器的完全雙重化，不滿足相關(guān)規(guī)范要求。本文對惠州蓄能水電廠機組保護(hù)跳閘出口回路進(jìn)行分析，得出了機組保護(hù)當(dāng)前設(shè)計的兩個重大安全隱患，并結(jié)合惠州蓄能水電廠機組保護(hù)跳閘出口回路的設(shè)計圖和規(guī)范要求，提出了機組保護(hù)跳閘出口雙重化的具體方案，解決了機組保護(hù)雙重化不完全的問題，有效防止了單一元器件故障導(dǎo)致保護(hù)拒動的問題，可以為其他具有類似問題的機組保護(hù)雙重化改造提供參考。

機組保護(hù)；跳閘矩陣；雙重化；出口繼電器

0 前言

惠州蓄能水電廠共裝有8臺30萬kW可逆式抽水蓄能發(fā)電機組，總裝機容量240萬kW。機組保護(hù)由法國ALSTOM設(shè)計、供貨，保護(hù)裝置生產(chǎn)廠家為AREVA，投產(chǎn)時間為2010年5月。

機組保護(hù)A、B套保護(hù)共用1個跳閘矩陣，跳閘矩陣出口跳每個開關(guān)只設(shè)置1個出口繼電器，未實現(xiàn)跳閘矩陣及出口繼電器的完全雙重化。不滿足南方電網(wǎng)大型發(fā)電機及發(fā)變組保護(hù)技術(shù)規(guī)范（Q/CSG 110033-2012）中第5.1.3的要求：雙重化配置的兩套電氣量保護(hù)的直流電源、電流回路、電壓回路、開入量、跳閘回路等應(yīng)相互獨立，彼此沒有電氣聯(lián)系[1]。也不滿足相關(guān)繼電保護(hù)設(shè)計和運行管理規(guī)定的要求：每套主保護(hù)應(yīng)有獨立的跳閘出口[2，3]。

本文分析了當(dāng)前設(shè)計的安全隱患，結(jié)合圖紙和設(shè)計規(guī)范提出了整改方案，即利用現(xiàn)有跳閘矩陣，通過優(yōu)化插針布置，增加新的跳閘出口繼電器，避免因跳閘矩陣或出口繼電器單一元件故障導(dǎo)致保護(hù)不能出口的問題。2016年3月份開始結(jié)合機組檢修逐步開展機組保護(hù)的跳閘出口雙重化整改工作，截止6月已經(jīng)完成了3臺機組的整改工作，剩余機組的整改預(yù)計在2017年初全部完成。

1 跳閘矩陣和跳閘出口簡介

機組保護(hù)共設(shè)置1套跳閘矩陣，如圖1示。圖1中的紅色（頁面顯示為灰色）插針為銅柱，黑色插針為二極管。矩陣每一列對應(yīng)一個保護(hù)功能，每一行對應(yīng)一個跳閘出口繼電器。正常投入情況下紅色插針插在最上方的一排插孔，紅針投入表示該保護(hù)功能出口回路投入。黑針投入表示該列保護(hù)出口將動作于黑針?biāo)谛羞B接的出口繼電器。跳閘矩陣底下兩排插孔無實際意義，僅用于保護(hù)退出時紅針、黑針臨時存放。

圖1 機組保護(hù)跳閘矩陣

跳閘矩陣內(nèi)部電路圖如圖2所示，其上部實線框為跳閘矩陣動作回路，下部虛線框內(nèi)為信號回路。右下部為跳閘矩陣電源輸入，該電源僅為信號回路提供電源；跳閘矩陣每列的Uin經(jīng)需保護(hù)裝置開出接跳閘電源5E1+。

圖2 跳閘矩陣內(nèi)部電路圖

機組保護(hù)跳閘矩陣電氣接線圖如圖3所示，機組保護(hù)跳閘矩陣出口繼電器接線圖如圖4所示。

圖3 跳閘矩陣電氣接線圖

圖4 跳閘矩陣出口繼電器接線圖

以圖3中跳閘矩陣第3列為例，如發(fā)電機橫差保護(hù)51G動作，保護(hù)裝置出口繼電器Relay4出口，5E1+將通過Relay4的閉合節(jié)點、紅針后到達(dá)黑針，黑針上的二極管導(dǎo)通，正電到達(dá)圖4中A行，之后到達(dá)出口繼電器002XR，002XR勵磁動作，具體的正電經(jīng)過的回路如圖3、圖4中箭頭指示所示。002XR的輔助節(jié)點分別送至斷路器的2組跳閘回路、監(jiān)控系統(tǒng)等回路。

當(dāng)跳閘矩陣電源丟失或其250 V DC/5 V DC電壓轉(zhuǎn)換器故障時，信號回路5 V DC電源丟失，左下角的監(jiān)視線圈失磁，supply fault節(jié)點閉合，信號送至監(jiān)控系統(tǒng)告警；同時，由于5 V DC電源丟失，此時矩陣信號回路電源丟失，盤柜面板上的動作信號指示燈不能正常指示；但在跳閘矩陣的動作回路方面，每列的電源取自動作回路頂部的Uin，而Uin取自5E1+小母線（經(jīng)保護(hù)裝置開出），經(jīng)過紅色插針、黑色插針到A行小母線，再到出口繼電器后到5E1-，跳閘回路仍可正常出口，與跳閘矩陣本身的250 V DC電源及5 V DC電源沒有聯(lián)系。

2 當(dāng)前設(shè)計帶來的安全隱患

2.1 機組保護(hù)拒動

A套保護(hù)或B套保護(hù)動作后均會驅(qū)動同一跳閘矩陣的同一列，然后驅(qū)動同一跳閘出口繼電器。跳閘出口繼電器002XR、010XR等為常失磁繼電器（跳閘矩陣每一行對應(yīng)一個跳閘出口繼電器），正常情況下為失磁狀態(tài)，只有當(dāng)保護(hù)動作時才會勵磁，然后通過輔助節(jié)點去斷路器跳閘線圈跳閘。當(dāng)跳閘出口繼電器線圈損壞或線圈電源回路接觸不良或跳閘矩陣某一行損壞時，運行人員無法及時得知，當(dāng)保護(hù)裝置動作時，跳閘出口繼電器無法勵磁，跳閘命令無法出口，造成保護(hù)拒動，后果嚴(yán)重。

2.2 安穩(wěn)及主變高開關(guān)失靈拒動

主變高開關(guān)失靈跳閘、安穩(wěn)裝置A套跳閘和安穩(wěn)B套跳閘3個信號采用并聯(lián)方式全部接于跳閘矩陣第42列，如圖5所示，通過驅(qū)動跳閘矩陣A行，然后驅(qū)動跳閘出口繼電器去跳發(fā)電機出口斷路器。當(dāng)跳閘矩陣第42列紅色插針或黑色插針損壞或接觸不良，將會導(dǎo)致安穩(wěn)A套和B套跳閘命令均無法出口，同時也會導(dǎo)致主變高開關(guān)失靈跳閘命令無法出口，后果非常嚴(yán)重，安穩(wěn)裝置拒動可能造成電力系統(tǒng)失穩(wěn)等系統(tǒng)事故[4]。

圖5 機組保護(hù)跳閘矩陣狀態(tài)圖

3 跳閘出口雙重化研究

跳閘矩陣共有8行，每行對應(yīng)一個出口繼電器，當(dāng)前已使用5行，還有3行為備用，利用現(xiàn)有跳閘矩陣，通過優(yōu)化插針布置，增加新的跳閘出口繼電器，可避免因跳閘矩陣單行或出口繼電器單一元件故障導(dǎo)致保護(hù)不能出口的問題。但跳閘矩陣電源不能實現(xiàn)雙重化（A、B套保護(hù)均只能用5E1），此方案改動相對較小，可實施性高。

3.1 跳閘矩陣單電源分析

A套保護(hù)和B套保護(hù)共用一個跳閘矩陣，跳閘矩陣為單電源，即每列的電源取自動作回路頂部的Uin，而Uin取自5E1+小母線，當(dāng)5E1電源丟失，則通過跳閘矩陣各行的出口繼電器無法勵磁，保護(hù)無法出口。

機組保護(hù)設(shè)計了一個總跳閘出口繼電器001XV，001XV繼電器為常勵磁繼電器，其電源取自5E1，當(dāng)5E1電源丟失時，001XV線圈電源丟失后失磁，001XV繼電器的輔助節(jié)點會出口跳閘，避免了當(dāng)5E1電源丟失后出口繼電器無法勵磁，保護(hù)拒動的風(fēng)險。

同時，為增加5E1電源可靠性，對5E1上一級空開503JD進(jìn)行雙重化處理，即與當(dāng)前空開503JD并聯(lián)一個同樣空開513JD，防止503空開損壞后，001XV失磁導(dǎo)致跳閘情況，增加了可靠性。

3.2 低壓過流保護(hù)跳主變高壓側(cè)開關(guān)功能取消

機組保護(hù)A套P343裝置設(shè)計有低壓過流保護(hù)會去跳主變高壓側(cè)開關(guān)，其為主變保護(hù)的遠(yuǎn)后備保護(hù)，與主變后備保護(hù)的動作時間配合[5]。

按照“加強主保護(hù)，簡化后備保護(hù)”[2]的思路，考慮到主變保護(hù)已有零序過流和低壓過流等近后備保護(hù)，在發(fā)電機保護(hù)盤柜加設(shè)低壓過流遠(yuǎn)后備保護(hù)意義有限，且容易發(fā)生出口繼電器節(jié)點抖動導(dǎo)致誤跳主變高壓側(cè)開關(guān)，故本次改造取消機組保護(hù)低壓過流跳主變高壓側(cè)開關(guān)跳閘功能。

3.3 雙重化改造思路

（1）修改跳閘矩陣各行的定義，使A、B套機組保護(hù)通過跳閘矩陣的不同行出口。

原跳閘矩陣各行的功能與修改后跳閘矩陣各行的功能如表1所示。

表1 跳閘矩陣各行在修改前后的功能

（2）修改跳閘出口繼電器接線，使其與跳閘矩陣各行新的定義一致，A、B套保護(hù)跳GCB的出口分開，A套保護(hù)跳GCB的第一回跳閘線圈；B套保護(hù)跳GCB的第二回跳閘線圈（表2、3）。

表2 跳閘矩陣A行出口繼電器002XR修改前后的功能

表3 跳閘矩陣B行出口繼電器102XR修改前后的功能

跳閘矩陣的C行出口繼電器（原跳500 kV出口開關(guān)（5002、5004、5006、5008）），取消其至主變保護(hù)柜的接線，新增至消防系統(tǒng)的回路，取消重動繼電器KA2（表4）。

表4 跳閘矩陣C行出口繼電器010XR修改前后的功能

原跳閘矩陣第D、E、F、G行無需進(jìn)行修改。

（3）將外部保護(hù)動作信號分開（原跳閘矩陣第42列為安穩(wěn)A套、B套及主變高開關(guān)失靈保護(hù)至機組的出口），需要將其分成3列，分別使用跳閘矩陣第20列（A套安穩(wěn)系統(tǒng)切機）、第42列（B套安穩(wěn)系統(tǒng)切機）、第43列（主變高開關(guān)失靈保護(hù)切機組）。

（4）根據(jù)新的跳閘矩陣各行定義，修改跳閘矩陣插針布置；修改后的跳閘矩陣插針布置見圖6（背景色表示有修改）。

圖6 修改后的跳閘矩陣插針布置圖

4 結(jié)束語

本文對惠州蓄能水電廠機組保護(hù)跳閘出口回路進(jìn)行分析，得出了機組保護(hù)當(dāng)前設(shè)計的兩個重大安全隱患，當(dāng)前機組保護(hù)A套和B套保護(hù)共用跳閘矩陣和出口繼電器，當(dāng)跳閘矩陣某一行損壞或某一跳閘出口繼電器損壞時，將會導(dǎo)致機組保護(hù)拒動，同時安穩(wěn)裝置A套、B套和主變高失靈保護(hù)均接至機組保護(hù)跳閘矩陣同一列，容易導(dǎo)致拒動，后果非常嚴(yán)重，安穩(wěn)裝置拒動可能造成電力系統(tǒng)失穩(wěn)等系統(tǒng)事故。

本文依據(jù)惠州蓄能水電廠機組保護(hù)跳閘出口回路的設(shè)計圖,結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)要求，提出了機組保護(hù)跳閘出口雙重化具體方案，解決了機組保護(hù)雙重化不完全的問題，有效防止了單一元器件故障導(dǎo)致保護(hù)拒動的問題，可以為其他具有類似問題的機組保護(hù)雙重化處理提供參考。

[1]中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司.Q/CSG 110033-2012南方電網(wǎng)大型發(fā)電機及發(fā)變組保護(hù)技術(shù)規(guī)范[Z].

[2]DLT 5177-2003水力發(fā)電廠繼電保護(hù)設(shè)計導(dǎo)則[S].

[3]DLT 587-2007微機繼電保護(hù)裝置運行管理規(guī)程[S].

[4]DLT 5147-2001電力系統(tǒng)安全自動裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)定[S].

[5]DLT684-2012大型發(fā)電機變壓器繼電保護(hù)整定計算導(dǎo)則[S].

TM77

：B

：1672-5387（2017）03-0021-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.03.006

2016-07-10

陳 強（1984-），男，工程師，從事繼電保護(hù)、二次設(shè)備、發(fā)電機檢修維護(hù)工作。