平海電廠發(fā)電機(jī)保護(hù)改進(jìn)探討

董斌　等

摘要：文章介紹了平海電廠的實(shí)際情況，通用電氣發(fā)電機(jī)保護(hù)UR系列G60裝置的特點(diǎn)，闡述了發(fā)電機(jī)過(guò)激磁保護(hù)、匝間保護(hù)、斷路器失靈保護(hù)配置、整定情況以及在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際中存在的問(wèn)題，并提出了解決方案。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)保護(hù)；GE保護(hù)產(chǎn)品；保護(hù)配置；過(guò)激磁保護(hù)；匝間保護(hù)；斷路器失靈保護(hù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM411 文章編號(hào)：1009-2374（2015）19-0048-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.023

平海電廠2X1000WM一期工程發(fā)電機(jī)保護(hù)采用GE公司UR系列G60保護(hù)裝置，版本為5.5X。UR系列保護(hù)裝置是GE保護(hù)產(chǎn)品系列中最通用和最有優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)品，其特點(diǎn)是配置靈活全面、高性能、高速度和開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)對(duì)等通訊，但是因?yàn)樗倪壿嬮_(kāi)放性，使現(xiàn)場(chǎng)使用和維護(hù)人員對(duì)保護(hù)的邏輯配置及整定工作提出了更高的水平要求。

1 發(fā)電機(jī)過(guò)激磁保護(hù)與勵(lì)磁低勵(lì)限制配合

2013年2月20日16時(shí)58分，2號(hào)主變C修后首次合閘引起1號(hào)發(fā)電機(jī)保護(hù)過(guò)激磁報(bào)警，時(shí)間長(zhǎng)達(dá)10min。后經(jīng)運(yùn)行人員手動(dòng)減磁，過(guò)激磁報(bào)警消失。在此期間定時(shí)限、反時(shí)限跳閘保護(hù)均未啟動(dòng)，勵(lì)磁系統(tǒng)V/Hz限制也未啟動(dòng)。事后繼保人員從發(fā)電機(jī)保護(hù)過(guò)激磁保護(hù)與勵(lì)磁系統(tǒng)的V/Hz限制的定值配合著手研究，根據(jù)制造廠提供的發(fā)電機(jī)過(guò)激磁能力，過(guò)激磁保護(hù)的定值為：

定時(shí)限一段：取1.07pu，延時(shí)0.5S，發(fā)信。

定時(shí)限二段：取1.10pu，延時(shí)18S，全停II。

反時(shí)限：?jiǎn)?dòng)值取1.13pu，曲線A，TDM=0.40S，全停II。

G60提供的反時(shí)限曲線方程A如下：

過(guò)激磁曲線與廠家曲線的對(duì)比如表1所示：

表1 過(guò)激磁保護(hù)動(dòng)作時(shí)限對(duì)比

V/Hz 1.05 1.10 1.15 1.20 1.25

允許時(shí)限（s） ∞ 55 18 6 2

動(dòng)作時(shí)限（s） ∞ 18.0 11.2 3.13 1.79

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器V/Hz限制定值表（勵(lì)磁系統(tǒng)采用線電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)）。

表2 勵(lì)磁系統(tǒng)V/Hz限制定值

頻率 <45Hz 45～50Hz ≥50Hz

機(jī)端電壓pu 0 0.9 1.05（并網(wǎng)）/1.1（空載）

因勵(lì)磁系統(tǒng)V/Hz限制所采集的電壓為三相線電壓的平均值，在和應(yīng)涌流的作用下，三相線電壓的平均值未達(dá)到1.05pu，故勵(lì)磁系統(tǒng)V/Hz限制未啟動(dòng)。但發(fā)電機(jī)過(guò)激磁保護(hù)采用的是三個(gè)相電壓的最大值，在和應(yīng)涌流的作用下，單相相電壓達(dá)到過(guò)激磁定時(shí)限一段定值1.07pu，考慮0.95倍（1.07*0.95=1.017<1.05）可靠返回，由于勵(lì)磁伏赫限制1.05pu，所以當(dāng)過(guò)激磁報(bào)警觸發(fā)后，單靠勵(lì)磁裝置調(diào)節(jié)作用可能不能讓過(guò)激磁報(bào)警返回，需人工干預(yù)。過(guò)激磁定時(shí)限二段跳閘定值為1.1pu，考慮0.95倍（1.1*0.95=1.045）可靠返回，而勵(lì)磁伏赫限制定值為1.05>1.045，過(guò)激磁定時(shí)限保護(hù)存在誤動(dòng)出口風(fēng)險(xiǎn)。

調(diào)整勵(lì)磁V/Hz限制值至1.04pu，小于發(fā)電機(jī)過(guò)激磁定時(shí)限二段的返回值1.045pu，以降低過(guò)激磁保護(hù)誤動(dòng)的幾率。

2 發(fā)電機(jī)過(guò)激磁保護(hù)存在誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)

2013年5月22日04時(shí)48分，500kV平禎甲、乙線B相單相接地，單跳單重成功，1、2號(hào)機(jī)發(fā)電機(jī)保護(hù)過(guò)激磁保護(hù)均發(fā)報(bào)警信號(hào)。時(shí)間持續(xù)620ms，其間定時(shí)限、反時(shí)限跳閘保護(hù)均未啟動(dòng)。事后繼保人員分析，當(dāng)發(fā)電機(jī)定子內(nèi)部或機(jī)端發(fā)生單相接地故障時(shí)，非故障相電壓會(huì)升高，若非故障相電壓升高1.732倍，過(guò)激磁反時(shí)限動(dòng)作時(shí)間為0.296s，而發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動(dòng)作時(shí)間為0.5s，過(guò)激磁保護(hù)會(huì)先于定子接地保護(hù)動(dòng)作，因此有必要對(duì)GE的發(fā)電機(jī)過(guò)激磁保護(hù)進(jìn)行改進(jìn)，有兩種方案：

方案一：將兩套G60保護(hù)裝置過(guò)激磁保護(hù)所用電壓從1YH、2YH改為3YH，目前3YH采用中性全絕緣PT，二次電壓不受系統(tǒng)及一次回路接地影響，更能真實(shí)反映機(jī)組電壓情況，還可以降低因發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)偏移引起的相對(duì)地電壓的不對(duì)稱。目前3YH二次相電壓均已接入兩套保護(hù)裝置（匝間保護(hù)PT斷線閉鎖判據(jù)使用），只需修改過(guò)激磁保護(hù)源的選擇，將volt/Hz source由SRC 1改為SRC 2。但是3YH第一組線圈是計(jì)量專用，兩套保護(hù)過(guò)激磁保護(hù)均采用3YH同一組線圈，不符合繼電保護(hù)雙重化配置原則，且3YH故障或檢修時(shí)，發(fā)電機(jī)過(guò)激磁保護(hù)將會(huì)退出運(yùn)行。

方案二：對(duì)G60過(guò)激磁保護(hù)元件電壓采樣程序進(jìn)行改進(jìn)，過(guò)激磁保護(hù)運(yùn)算電壓采用線電壓。經(jīng)和GE技術(shù)服務(wù)人員聯(lián)系，可以將我廠發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置G60版本進(jìn)行升級(jí)，由V5.5X升級(jí)為V5.9X，在過(guò)激磁整定菜單中將增加“voltage mode”設(shè)置，可在下拉菜單中選擇“phase-to-phase”，可將過(guò)激磁保護(hù)的運(yùn)算電壓改為線電壓。故方案二為最佳方案。

3 匝間保護(hù)優(yōu)化

發(fā)電機(jī)匝間保護(hù)由縱向零序電壓加負(fù)序功率方向閉鎖元件構(gòu)成，負(fù)序功率方向采用閉鎖式，即當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生不對(duì)稱短路及外部故障時(shí)，負(fù)序功率方向元件不動(dòng)作，閉鎖匝間保護(hù)，當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生匝間短路時(shí)，負(fù)序功率方向動(dòng)作，開(kāi)放匝間保護(hù)。但是當(dāng)發(fā)電機(jī)未并網(wǎng)時(shí)，若發(fā)電機(jī)內(nèi)部有匝間短路故障時(shí)，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)CT無(wú)法采集到電流，負(fù)序方向元件不動(dòng)作，匝間保護(hù)無(wú)法動(dòng)作，當(dāng)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后，負(fù)序功率方向才開(kāi)放匝間保護(hù)，才能使發(fā)電機(jī)跳閘。這樣就無(wú)法實(shí)現(xiàn)保護(hù)快速跳閘，同時(shí)也會(huì)造成一次機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)。

針對(duì)此故障可在啟停機(jī)保護(hù)邏輯中加入縱向零序電壓元件，與定子接地元件、過(guò)流元件構(gòu)成邏輯關(guān)系，再與上GCB分閘位置及啟停機(jī)功能壓板投入，經(jīng)延時(shí)

出口。

圖1 啟停機(jī)保護(hù)邏輯圖

4 斷路器失靈保護(hù)的優(yōu)化

我廠發(fā)電機(jī)機(jī)端配置有出口斷路器，發(fā)電機(jī)故障時(shí)保護(hù)全停2動(dòng)作，跳出口斷路器、滅磁開(kāi)關(guān)、關(guān)主汽門，若是出口斷路器失靈，則啟動(dòng)全停1，跳主變高壓側(cè)開(kāi)關(guān)及6kV工作電源進(jìn)線開(kāi)關(guān)。但若是機(jī)組正常停機(jī)（程跳逆功率保護(hù)動(dòng)作）、發(fā)電機(jī)全停2部分保護(hù)動(dòng)作（斷水保護(hù)、勵(lì)磁故障聯(lián)跳發(fā)電機(jī)）動(dòng)作時(shí)，發(fā)電機(jī)出口短路器失靈，因失靈保護(hù)電流判據(jù)定值是0.93pu，即1.1倍的額定電流，過(guò)流元件無(wú)法啟動(dòng)，導(dǎo)致主汽門關(guān)閉后，發(fā)電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間處于逆功率狀態(tài)，造成汽輪機(jī)鼓風(fēng)摩擦大，末級(jí)葉片過(guò)熱，并從電網(wǎng)吸收反相有功，造成電量損失，一般逆功率運(yùn)行不要求超過(guò)3min。

若在此狀況下，運(yùn)行人員只能向調(diào)度申請(qǐng)退出主變運(yùn)行，批準(zhǔn)后再經(jīng)NCS操作停運(yùn)主變。此過(guò)程至少15min，嚴(yán)重超出汽輪機(jī)所能承受的運(yùn)行時(shí)間。故可在發(fā)電機(jī)斷路器失靈保護(hù)邏輯中增加逆功率保護(hù)判據(jù)，即現(xiàn)有逆功率保護(hù)（定值：-2%Pe，10s）的基礎(chǔ)上增加一段延時(shí)，可整定動(dòng)作值為-2%Pe，延時(shí)15s動(dòng)作于全停1，以此來(lái)快速切除上述狀況的斷路器失靈故障。

5 結(jié)語(yǔ)

21世紀(jì)的今天，我國(guó)電力系統(tǒng)也在不斷發(fā)展，在大電網(wǎng)的形成發(fā)展中，對(duì)于大型發(fā)電機(jī)組有越來(lái)越高的要求。電力系統(tǒng)深化改革的同時(shí)，對(duì)于如何做好發(fā)變電機(jī)組保護(hù)始終是電力行業(yè)發(fā)展中需要解決的重要問(wèn)題

之一。

參考文獻(xiàn)

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[5] 上海電氣THDF 125/67型汽輪發(fā)電機(jī)說(shuō)明書(shū)[S].

作者簡(jiǎn)介：董斌（1986-），男，供職于廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司，研究方向：電廠繼電保護(hù)、自動(dòng)化、通信

維護(hù)。

（責(zé)任編輯：陳 倩）