600MW及以上機(jī)組發(fā)變組保護(hù)配置的幾個(gè)問(wèn)題

（深能合和電力(河源)有限公司）

600MW及以上機(jī)組發(fā)變組保護(hù)配置的幾個(gè)問(wèn)題

吳慧基

（深能合和電力(河源)有限公司）

本文對(duì)某大型電廠發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)配置的幾個(gè)典型問(wèn)題進(jìn)行了分析和介紹，通過(guò)對(duì)比方案，列舉分析實(shí)例，對(duì)發(fā)變組若干保護(hù)的優(yōu)化配置提出了有關(guān)建議，供設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試、維護(hù)人員參考借鑒。

保護(hù)；配置；電流互感器；程序跳閘

0 引言

我國(guó)電力系統(tǒng)600MW及以上大容量機(jī)組已成為發(fā)電的主力軍，作為電力系統(tǒng)重要組成部分之一的大型發(fā)電機(jī)組不但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且價(jià)格昂貴，一旦發(fā)生內(nèi)部故障，如不及時(shí)予以切除而造成設(shè)備損壞，不但檢修周期長(zhǎng)，造成的經(jīng)濟(jì)損失也是巨大的。因此，為其配置完善合理的繼電保護(hù)有著重要的意義。本文結(jié)合某電廠(2×600 MW機(jī)組)工程，對(duì)工程階段有關(guān)發(fā)變組保護(hù)的幾個(gè)配置問(wèn)題作探討和分析。

1 發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)的優(yōu)化配置

傳統(tǒng)機(jī)組差動(dòng)保護(hù)方案包括發(fā)電機(jī)差動(dòng)、主變差動(dòng)以及發(fā)變組差動(dòng)，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部故障的雙重化配置；新的方案一般配置雙套發(fā)電機(jī)差動(dòng)、主變差動(dòng)，發(fā)變組差動(dòng)是否需要配置就成為焦點(diǎn)問(wèn)題。四種發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)配置方案見(jiàn)表1。

表1中方案一、方案二保護(hù)配置主要采用各主設(shè)備分別裝設(shè)差動(dòng)保護(hù)方式，即第一套保護(hù)和第二套保護(hù)均配置發(fā)電機(jī)差動(dòng)、主變差動(dòng)和高廠變差動(dòng)保護(hù)，不同之處在于方案二的二套保護(hù)屏增加了發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)。方案三、方案四保護(hù)配置第一套與前相同，第二套保護(hù)配置發(fā)變組差動(dòng)和高廠變差動(dòng)。由于發(fā)電機(jī)兩側(cè)電流一致，整定靈敏，為加強(qiáng)發(fā)電機(jī)保護(hù)，方案四較方案三在第二套保護(hù)中增加了發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)。綜合考慮，方案一差動(dòng)保護(hù)配置采用各元件獨(dú)立的差動(dòng)保護(hù)，具有保護(hù)配置簡(jiǎn)潔、整定方便和雙重化保護(hù)完全相同便于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)；方案二在方案一基礎(chǔ)上增加了發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)，增加了差動(dòng)保護(hù)的冗余性能；當(dāng)采用一體化微機(jī)保護(hù)裝置（如南瑞繼保、許繼電氣、國(guó)電南自等）時(shí)，發(fā)電機(jī)變壓器組差動(dòng)保護(hù)可采用方案一、二、三、四，對(duì)于非一體化的微機(jī)保護(hù)（SIEMENS、GE、AREVA等）需增加一臺(tái)保護(hù)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)，可以考慮方案一。

表1 發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)配置表

在司令圖中采用方案一，沒(méi)有使用方案二的原因是不能為發(fā)變組保護(hù)提供獨(dú)立的電流回路，當(dāng)電流回路或保護(hù)裝置故障時(shí)，將與發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)和主變差動(dòng)保護(hù)同時(shí)失去，實(shí)際起不到冗余的作用。分析如下：

1）方案一只考慮了電氣二次設(shè)備本身（電流回路、保護(hù)裝置本身）故障方面的原因，而沒(méi)有考慮實(shí)際一次設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，配置發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)的必要性，對(duì)于發(fā)變組單元，發(fā)電機(jī)差動(dòng)反應(yīng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部相間故障、主變差動(dòng)反應(yīng)主變內(nèi)部故障，對(duì)于一點(diǎn)在發(fā)電機(jī)內(nèi)部、一點(diǎn)在主變內(nèi)部的故障，如發(fā)電機(jī)差動(dòng)采用循環(huán)閉鎖式以及主變差動(dòng)兩相動(dòng)作才允許出口的保護(hù)原理，可能會(huì)拒動(dòng)，此時(shí)發(fā)變組差動(dòng)可以正確動(dòng)作。

2）當(dāng)一套保護(hù)裝置中電流回路或部分保護(hù)裝置故障而失去保護(hù)功能時(shí)，另一套保護(hù)裝置中的發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)和主變差動(dòng)、發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)依然能起到“雙重快速保護(hù)”的作用，提高了保護(hù)功能，增加了實(shí)際故障時(shí)保護(hù)防拒動(dòng)的能力，起到了實(shí)際應(yīng)用中的冗余作用。

3）對(duì)于發(fā)電機(jī)出口的兩組差動(dòng)用電流互感器，當(dāng)電流回路或保護(hù)裝置故障時(shí)，由于一套保護(hù)裝置中的發(fā)電機(jī)和主變差動(dòng)保護(hù)也不是獨(dú)立的電流回路，依然存在發(fā)電機(jī)和主變差動(dòng)保護(hù)同時(shí)失去的可能性，其保護(hù)的冗余性是靠雙重化配置中的另一套來(lái)保證，而和發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)無(wú)關(guān)。

4）對(duì)于雙重化配置，當(dāng)電流回路或保護(hù)裝置故障時(shí)，一套保護(hù)短時(shí)退出運(yùn)行，另一套保護(hù)仍可反映全部故障，不會(huì)拒動(dòng)；而一套保護(hù)短時(shí)退出運(yùn)行時(shí)，另一套保護(hù)同時(shí)發(fā)生故障退出運(yùn)行的幾率很小，可以不考慮兩套保護(hù)裝置同時(shí)損壞。

5）由于發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)和發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)或主變差動(dòng)保護(hù)共用一組TA，不需要另外增設(shè)TA。

通過(guò)以上敘述，對(duì)于電廠600MW機(jī)組，建議增設(shè)發(fā)變組差動(dòng)，可以反應(yīng)一些特殊故障，考慮到大差范圍大，各側(cè)TA特性差別大，可以適當(dāng)提高定值，以增加安全性。此意見(jiàn)在司令圖審查會(huì)上已和設(shè)計(jì)院及設(shè)計(jì)院監(jiān)理進(jìn)行過(guò)交流，均予以認(rèn)可，并優(yōu)化了設(shè)計(jì)，目前運(yùn)行穩(wěn)定。

2 高廠變高壓側(cè)TA配置

由于電廠主變?nèi)萘浚?20MVA）和廠變?nèi)萘浚?3MVA）相差很大，為提高主變差動(dòng)、廠高變差動(dòng)保護(hù)性能，高廠變高壓側(cè)一般應(yīng)設(shè)置兩種變比的TA，大變比TA給主變差動(dòng)使用，小變比TA給廠變差動(dòng)使用。

對(duì)于雙重化配置方案，一套保護(hù)中不同保護(hù)功能可以共用一組TA，針對(duì)電廠高廠變高壓側(cè)保護(hù)用TA，特提出以下幾種配置方案。

方案1：配置四組TA，小變比TA（兩組3000/5）用于廠變差動(dòng)，大變比TA（兩組25000/5）用于主變差動(dòng)、發(fā)變組差動(dòng)，見(jiàn)2表。

表2 高壓廠用變壓器高壓側(cè)的套管電流互感器

方案2：配置兩組小變比TA（兩組3000/5），差動(dòng)共用一組TA。由于廠變高壓側(cè)內(nèi)部嚴(yán)重故障時(shí)，廠變高壓側(cè)TA如只有小變比TA，TA易嚴(yán)重飽和，可能導(dǎo)致發(fā)變組差動(dòng)、主變差動(dòng)誤動(dòng)，有些設(shè)計(jì)中TA采用的是5Ρ80型3000/5電流互感器，準(zhǔn)確限值系數(shù)為80，高出一般標(biāo)準(zhǔn)（GB1208的規(guī)定為5，10，15，20，30），應(yīng)咨詢(xún)制造廠家，如滿(mǎn)足要求，則可選擇此方案。見(jiàn)表3。

表3 高壓廠用變壓器高壓側(cè)的套管電流互感器

方案3：配置兩組大變比TA，差動(dòng)共用一組TA，因廠變差動(dòng)兩側(cè)調(diào)整范圍較大，差動(dòng)保護(hù)需要考慮兩側(cè)TA的差別。

此意見(jiàn)在司令圖審查會(huì)進(jìn)行交流，認(rèn)為制造廠家如可加裝大變比TA，則可考慮方案一，最后選擇了方案二，目前運(yùn)行良好，由于未發(fā)生過(guò)廠變高壓側(cè)故障，5Ρ80型TA的抗飽和性能還有待觀察。

3 關(guān)于程序逆功率保護(hù)

據(jù)GB/T14285規(guī)程規(guī)定，保護(hù)出口方式中增加了“程序跳閘”一項(xiàng)。程序跳閘可以理解是一項(xiàng)涉及汽機(jī)的保安措施，可以有效地避免汽輪發(fā)電機(jī)組在停機(jī)過(guò)程中可能產(chǎn)生的超速或飛車(chē)。按程序跳閘方式，當(dāng)手動(dòng)停機(jī)、聯(lián)鎖停機(jī)、或某些繼電保護(hù)動(dòng)作后，不是首先跳發(fā)變組斷路器，而是首先關(guān)主汽門(mén)，以避免主汽門(mén)卡滯或關(guān)閉不嚴(yán)情況下的發(fā)電機(jī)停機(jī)。當(dāng)主汽門(mén)關(guān)閉后，經(jīng)過(guò)一定時(shí)限，發(fā)電機(jī)從發(fā)電狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妱?dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，整定值較小的逆功率繼電器動(dòng)作（根據(jù)《整定計(jì)算導(dǎo)則》 在過(guò)負(fù)荷、過(guò)勵(lì)磁、失磁等異常運(yùn)行方式下，用于程序跳閘的逆功率繼電器作為閉鎖元件，其定值一般取1%～3%Ρgn），再跳開(kāi)發(fā)變組開(kāi)關(guān)。參考相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)于進(jìn)口的發(fā)電機(jī)設(shè)備，例如引進(jìn)美國(guó)設(shè)備的平圩1#機(jī)、引進(jìn)法國(guó)設(shè)備的元寶山2#機(jī)，保護(hù)出口配置設(shè)計(jì)都考慮了“程序跳閘方式”。大型汽輪發(fā)電機(jī)嚴(yán)重超速可能毀壞汽輪發(fā)電機(jī)組，是最危險(xiǎn)的事故之一，增設(shè)“程序跳閘方式”可為運(yùn)行帶來(lái)安全保障。所以電廠工程設(shè)計(jì)中也考慮用“程序跳閘方式”，邏輯如圖1，該逆功率保護(hù)接點(diǎn)與主汽門(mén)關(guān)閉接點(diǎn)、主開(kāi)關(guān)接點(diǎn)組成與門(mén)，經(jīng)壓板構(gòu)成出口回路，根據(jù)實(shí)際情況選擇“程序跳閘方式”的投切。

3.1 程跳逆功率保護(hù)動(dòng)作出口修改

機(jī)組試運(yùn)階段，一號(hào)機(jī)組在20MW 負(fù)荷下鍋爐MFT保護(hù)動(dòng)作，聯(lián)跳汽輪機(jī)，發(fā)電機(jī)逆功率動(dòng)作程跳出口主開(kāi)關(guān)。從DCS記錄的轉(zhuǎn)子惰走曲線發(fā)現(xiàn)：1）轉(zhuǎn)子惰走31min時(shí)間偏短（同型機(jī)在50min以上）；2）轉(zhuǎn)子惰走14min后曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，轉(zhuǎn)速下降變平緩。經(jīng)檢查，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁開(kāi)關(guān)在機(jī)組跳閘惰走14min時(shí)跳開(kāi)，在此期間轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速迅速下降是發(fā)電機(jī)在主開(kāi)關(guān)分開(kāi)后轉(zhuǎn)為發(fā)電狀態(tài)，為大軸提供阻力矩，縮短了轉(zhuǎn)子惰走時(shí)間；同時(shí)，由于發(fā)電機(jī)在惰走期間處于低變頻發(fā)電狀態(tài)，導(dǎo)致定子線圈溫升并對(duì)一些測(cè)量元件造成諧波干擾。 原設(shè)計(jì)程跳逆功率保護(hù)動(dòng)作出口方式為解列、停勵(lì)磁，其中“停勵(lì)磁”（即啟動(dòng)逆變滅磁）是脈沖信號(hào)，該信號(hào)在逆功率保護(hù)返回后仍保持120ms，由于逆變滅磁需要AVR接收到“主開(kāi)關(guān)已分”后才能執(zhí)行，120ms的展寬太短，可能造成停勵(lì)磁指令返回時(shí)，AVR還未能檢測(cè)到主開(kāi)關(guān)已分的狀態(tài)，從而不能實(shí)現(xiàn)逆變滅磁。鑒于上述情況，考慮到修改展寬脈沖難度較大，變更了程跳逆功率保護(hù)動(dòng)作出口方式，取消“停勵(lì)磁”，改為“跳滅磁I、II”；取消保護(hù)去勵(lì)磁控制柜逆變滅磁的接線，修改保護(hù)A、B柜程跳逆功率保護(hù)邏輯控制字。保護(hù)運(yùn)行至今，均正確動(dòng)作，這說(shuō)明修改是可行而且是成功的。

圖1 程序跳閘方式

3.2 線路與系統(tǒng)解列時(shí)熱工保護(hù)與程跳逆功率保護(hù)的配合

#2機(jī)組投產(chǎn)前，一號(hào)機(jī)組因線路對(duì)側(cè)系統(tǒng)故障導(dǎo)致跳機(jī)，根據(jù)發(fā)變組、線路、保護(hù)屏故障錄波報(bào)告，以及熱控事件記錄等摘錄整理以下故障信息：

15：01：10：258 機(jī)端電流突變啟動(dòng)錄波

15：02：22：994 線路出線電流到0

15：02：26：957 OΡC動(dòng)作

15：02：27：324 汽機(jī)跳閘（高排氣壓比）

15：02：27：602 發(fā)變組保護(hù)C柜熱工保護(hù)發(fā)信

15：02：31：344 發(fā)變組保護(hù)C柜勵(lì)磁系統(tǒng)告警信號(hào)

15：02：42：548 發(fā)變組保護(hù)A、B柜低頻III段動(dòng)作出口關(guān)主汽門(mén)、啟快切

15：02：42：600 6KV1A、1B工作進(jìn)線開(kāi)關(guān)跳閘

15：02：42：650 6KV1A、1B備用進(jìn)線開(kāi)關(guān)合閘15：02：57：600 220KVI、II母差保護(hù)電壓告警

15：03：38：572 勵(lì)磁跳閘至發(fā)變組保護(hù)A、B柜外部重動(dòng)開(kāi)入動(dòng)作全停出口

15：03：38：583 滅磁開(kāi)關(guān)跳閘IB、IC突降，說(shuō)明對(duì)側(cè)線路電流發(fā)生突變，系統(tǒng)發(fā)生故障，從線路錄波可以看出15：02：22線路電流全部到零，本側(cè)線路無(wú)保護(hù)動(dòng)作、開(kāi)關(guān)未跳閘，說(shuō)明對(duì)側(cè)變電站出線可能已經(jīng)跳閘（后查詢(xún)?yōu)閷?duì)側(cè)兩條線路先后跳閘），與電網(wǎng)解列，此時(shí)電廠負(fù)荷送不出，汽機(jī)轉(zhuǎn)速增加，一直增至3090轉(zhuǎn),OΡC動(dòng)作，轉(zhuǎn)速開(kāi)始下降，直至15：02：27：324汽機(jī)跳閘，啟動(dòng)發(fā)變組C柜非電量保護(hù)-熱工保護(hù)15：02：27：602動(dòng)作發(fā)信；汽機(jī)跳閘后，機(jī)端電壓及頻率異常，轉(zhuǎn)速繼續(xù)下降，15：02：31：344勵(lì)磁系統(tǒng)報(bào)警驅(qū)動(dòng)C柜報(bào)“勵(lì)磁系統(tǒng)報(bào)警”信號(hào)（應(yīng)為V/F限制信號(hào)），發(fā)變組低頻保護(hù)III段出口，再次作用于關(guān)閉主汽門(mén)，同時(shí)啟動(dòng)快切，低頻I、II段均不滿(mǎn)足動(dòng)作條件，電氣頻率保護(hù)動(dòng)作方式為程序跳閘：關(guān)閉主汽門(mén)并啟動(dòng)快切，但在此種工況下逆功率保護(hù)并不動(dòng)作，最后由勵(lì)磁跳閘啟動(dòng)MK跳閘及主開(kāi)關(guān)跳閘。

發(fā)變組保護(hù)C柜熱工保護(hù)動(dòng)作到勵(lì)磁跳閘至發(fā)變組保護(hù)全停出口，相差1min以上，可考慮將發(fā)變組保護(hù)C柜熱工保護(hù)由發(fā)信改為跳閘（解列滅磁），時(shí)限和程跳逆功率保護(hù)配合，正常時(shí)按照“二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求”由程跳逆功率保護(hù)解列滅磁（按1%的額定有功整定，經(jīng)主汽門(mén)觸點(diǎn)閉鎖，延時(shí)1.5s動(dòng)作），遇上此次類(lèi)似工況故障時(shí)（對(duì)側(cè)或線路與系統(tǒng)解列），逆功率保護(hù)可能不動(dòng)作，由熱工保護(hù)動(dòng)作于解列滅磁，同時(shí)應(yīng)啟動(dòng)快切，時(shí)限可整定為3～5s，但是熱工ETS機(jī)柜來(lái)的聯(lián)跳電氣信號(hào)應(yīng)包括一些必要條件，比如將主氣門(mén)關(guān)閉和ETS出口組成與門(mén)邏輯后再出口，這實(shí)際涉及到機(jī)爐電大聯(lián)鎖邏輯的設(shè)置問(wèn)題，國(guó)內(nèi)電廠實(shí)現(xiàn)方式?jīng)]有定論，并不統(tǒng)一，還需要專(zhuān)業(yè)人員根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置。

2015-11-10）