合理配置微機(jī)發(fā)變組保護(hù) 提高電網(wǎng)安全運(yùn)行水平

王躍豪

（中電（商丘）熱電有限公司，河南商丘 476000）

電網(wǎng)安全運(yùn)行取決于多個(gè)影響因素，對(duì)發(fā)變機(jī)組進(jìn)行有效保護(hù)是從電力生產(chǎn)的源頭對(duì)整個(gè)電網(wǎng)安全進(jìn)行控制，是非常重要的管理環(huán)節(jié)。在實(shí)際的管控中，需要通過(guò)合理配置微機(jī)的方式來(lái)強(qiáng)化其安全管理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)電網(wǎng)安全運(yùn)營(yíng)目標(biāo)。這些配置工作需要充分考慮實(shí)際的運(yùn)營(yíng)情況和安全需求，在一些相關(guān)安全的基本功能參數(shù)上要通過(guò)合理優(yōu)化配置，才能最終形成一個(gè)較為合理的運(yùn)營(yíng)條件。而這些都會(huì)具體反映在發(fā)變組的微機(jī)配置上，進(jìn)而形成安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。

1 發(fā)變組應(yīng)用現(xiàn)狀概述

隨著我國(guó)制造業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，對(duì)電力能源的需求直線上升，這對(duì)于整個(gè)電力產(chǎn)業(yè)建設(shè)是一個(gè)非常重要的激勵(lì)，加之國(guó)內(nèi)在大容量電機(jī)組的設(shè)計(jì)與制造水平快速提高，具備更好經(jīng)濟(jì)效益的大容量發(fā)電機(jī)組得以大量生產(chǎn)并持續(xù)投入運(yùn)營(yíng)。這極大地緩解了用電壓力，但同時(shí)對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行也構(gòu)成了一定的威脅。為此，需要在保障措施所涉及的各個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化和完善，形成最有效和穩(wěn)定的保障效果。

從目前我國(guó)的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)情況來(lái)看，采用微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行全面管理已經(jīng)成為基本的模式，這種將信息系統(tǒng)引入電網(wǎng)系統(tǒng)功能管理的方式和方法已經(jīng)成為主流的選擇方式，并為整個(gè)電力建設(shè)提供了非常有力的支持作用。構(gòu)成發(fā)變組的發(fā)電機(jī)和變壓器經(jīng)過(guò)微機(jī)的協(xié)調(diào)和控制，能夠使得整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行可以處于穩(wěn)定的狀態(tài)，通過(guò)合理配置各配電系統(tǒng)的參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)電網(wǎng)的安全和智能化管理，其配置的合理性和有效性對(duì)于整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行效果有著非常重要的影響。

2 微機(jī)發(fā)變組配置對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行效能的提升研究

總的來(lái)說(shuō)，發(fā)變組主要由2種設(shè)備組成，即發(fā)電機(jī)和變壓器，發(fā)變組可以看作是發(fā)電系統(tǒng)的基本單元。發(fā)變組系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是發(fā)電機(jī)出線接升壓變壓器，并接入到低壓側(cè)的線圈上，通過(guò)升壓變壓器進(jìn)行有效升壓后，才能與母線連接，最后與電網(wǎng)并網(wǎng)。發(fā)變組是整個(gè)發(fā)電廠最核心的部分，其安全穩(wěn)定運(yùn)行是整個(gè)電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的最根本保障?；诖?，對(duì)相關(guān)問(wèn)題的研究才具有重要的價(jià)值，并能夠得到電廠等單位的高度重視。

2.1 微機(jī)發(fā)變組保護(hù)合理配置的必要性

分析發(fā)變組安全風(fēng)險(xiǎn)因素，隨著發(fā)電機(jī)的容量持續(xù)增大，機(jī)組本身的熱容量必然降低，包括發(fā)電機(jī)組的定子和轉(zhuǎn)子，實(shí)際的負(fù)荷能力會(huì)有程度不同的下降。這些情況會(huì)造成繼電保護(hù)系統(tǒng)的整體運(yùn)營(yíng)效能面臨了更大的挑戰(zhàn)，包括可靠性、靈敏性、選擇性和快速性上，都有不同程度的效能降低問(wèn)題。為使發(fā)電機(jī)組確保運(yùn)行安全的同時(shí)，還可以發(fā)揮其過(guò)負(fù)荷性能，就需要對(duì)系統(tǒng)的反時(shí)限特性實(shí)施過(guò)負(fù)荷保護(hù)條件下的優(yōu)化配置。根據(jù)發(fā)電量增大條件，其實(shí)際參數(shù)也要做出必要的調(diào)整，使得電抗增大同時(shí)，定子電阻卻可以降低。這會(huì)造成3個(gè)結(jié)果：一是發(fā)電機(jī)短路能力會(huì)有所降低，使得保護(hù)靈敏性的要求必須顯著提升；二是發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)系數(shù)降低，當(dāng)系統(tǒng)遭受各種擾動(dòng)，發(fā)電機(jī)出現(xiàn)低勵(lì)故障問(wèn)題，系統(tǒng)非常容易發(fā)生靜態(tài)失穩(wěn)問(wèn)題；三是發(fā)電機(jī)異步轉(zhuǎn)矩會(huì)顯著下降，由此出現(xiàn)機(jī)組失磁以及運(yùn)行滑差增大等問(wèn)題，此時(shí)發(fā)電機(jī)組需要更加完善的保護(hù)。

2.2 發(fā)變組保護(hù)配置的原則

按照目前國(guó)家《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》中明確的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，電廠在進(jìn)行發(fā)變組建設(shè)時(shí)需要對(duì)整個(gè)發(fā)電機(jī)的主保護(hù)、定子過(guò)負(fù)荷、轉(zhuǎn)子過(guò)負(fù)荷、失磁等保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)發(fā)電量超過(guò)100 MW 的發(fā)電機(jī)，確保發(fā)電機(jī)和變壓器組能夠共同使用縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)，同時(shí)，發(fā)電機(jī)本身還需要加裝獨(dú)立差動(dòng)保護(hù)裝置。對(duì)發(fā)電量為200～300 MW 的發(fā)電機(jī)變壓器組，可以考慮對(duì)變壓器進(jìn)行縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)等必要措施，實(shí)施雙重快速保護(hù)設(shè)置，提高整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。對(duì)發(fā)電量超過(guò)300 MW 的發(fā)電機(jī)變壓器組，必須按要求設(shè)置雙重快速保護(hù)系統(tǒng)，通過(guò)加裝縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)等方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)電機(jī)和變壓器組的全面保護(hù)作用。對(duì)發(fā)電量超過(guò)100 MW 的發(fā)電機(jī)，必須按要求加裝保護(hù)區(qū)，實(shí)現(xiàn)定子的完全接地保護(hù)。

同時(shí)，針對(duì)發(fā)電機(jī)外短路及主保護(hù)的后備選擇保護(hù)措施，必須對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)配置。具體來(lái)說(shuō)，對(duì)于容量超過(guò)50 MW 的發(fā)電機(jī)，需要加裝負(fù)序過(guò)電流保護(hù)元，提高其對(duì)負(fù)電流的過(guò)載影響，還要加裝單元件過(guò)電流保護(hù)，對(duì)低壓?jiǎn)?dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的過(guò)電流風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行必要的防控。對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子負(fù)序電流承載能力的判定，其基本方式就是通過(guò)I2·t ≤A 進(jìn)行判斷。對(duì)于系統(tǒng)中的那些不對(duì)稱負(fù)荷情況以及非全相運(yùn)行和外部短路導(dǎo)致負(fù)序電流情況，要嚴(yán)格根據(jù)發(fā)電機(jī)過(guò)負(fù)荷保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行裝設(shè)。超過(guò)100 MW 且電流小于10 A 的發(fā)電機(jī)，需要根據(jù)定時(shí)限與反時(shí)限轉(zhuǎn)子過(guò)負(fù)荷情況設(shè)置具體的保護(hù)系統(tǒng)。

發(fā)變組中還有一個(gè)比較常見(jiàn)的故障問(wèn)題，就是失磁故障，該故障以勵(lì)磁電流大幅降低甚至消失為特征，需要通過(guò)失磁保護(hù)裝置進(jìn)行針對(duì)性防護(hù)。對(duì)于容量不足100 MW 的發(fā)電機(jī)，禁止在失磁狀態(tài)下運(yùn)行，裝設(shè)有半導(dǎo)體勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)，需加設(shè)專用保護(hù)裝置進(jìn)行失磁保護(hù)。對(duì)容量在600 MW 及以上的發(fā)電機(jī)，失磁保護(hù)的方式可選擇雙重保護(hù)措施。這些具體的防護(hù)要求，需要充分結(jié)合電網(wǎng)與微機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)微機(jī)系統(tǒng)的配置進(jìn)行合理優(yōu)化，將各種保護(hù)措施整合起來(lái)，形成一個(gè)完善的保護(hù)體系，對(duì)整個(gè)發(fā)變組的安全運(yùn)營(yíng)有非常大的促進(jìn)作用。

2.3 對(duì)幾個(gè)電網(wǎng)事故案例的分析

近些年來(lái)，由于電廠機(jī)組更新，相關(guān)配套建設(shè)和輔助保護(hù)措施未能及時(shí)跟進(jìn)，電網(wǎng)故障問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。通過(guò)研究這些具有典型特點(diǎn)的故障問(wèn)題，對(duì)通過(guò)微機(jī)進(jìn)行合理配置參數(shù)的基本規(guī)律和必要保護(hù)措施選擇有很大幫助。發(fā)變組的保護(hù)措施是必不可少的，且必須充分發(fā)揮作用，才能從根本上有效形成對(duì)整個(gè)電網(wǎng)安全運(yùn)行的全面保障效果。

2.3.1 220 kV電網(wǎng)A相故障繼電保護(hù)裝置異常動(dòng)作

某電網(wǎng)ZCG－1A 型繼電保護(hù)裝置出口回路3個(gè)二極管被擊穿，造成高值繼電器接點(diǎn)燒損，并將負(fù)電引入跳閘回路（N33），故障未能切除。當(dāng)I02保護(hù)動(dòng)作將正電引入N33端時(shí)，造成直流熔斷器熔斷，保護(hù)拒動(dòng)，故障一直未能切除。但使高頻停訊，對(duì)側(cè)高頻保護(hù)三相跳閘。該系統(tǒng)保護(hù)拒動(dòng)后，因電通兩回線為短線，在故障期間零序電流最大為360 A，低于該兩回線電廠側(cè)最末段零序保護(hù)定值，保護(hù)不能動(dòng)作，至使故障存在30s 后自動(dòng)消失。此時(shí)電廠發(fā)電機(jī)負(fù)序電流反時(shí)限保護(hù)因故退出運(yùn)行，已不能可靠地起到保護(hù)作用，這直接威脅機(jī)組的安全，如故障不能自動(dòng)消失，其后果難以預(yù)料。

2.3.2 發(fā)電廠200 MW汽輪發(fā)電機(jī)組失磁運(yùn)行

某發(fā)電廠的7號(hào)機(jī)組在正常運(yùn)行中突發(fā)失磁故障，其瞬時(shí)吸收系統(tǒng)無(wú)功達(dá)200 Mvar。由此致使220 kV 系統(tǒng)中樞母線電壓直接出現(xiàn)急劇下降的情況，并引起220 kV 系統(tǒng)的電壓大幅度搖擺問(wèn)題。而應(yīng)該起到必要保護(hù)作用的失磁保護(hù)卻未能跳閘形成保護(hù)作用，好在當(dāng)時(shí)電力系統(tǒng)中無(wú)功比較充足，如果當(dāng)時(shí)系統(tǒng)中無(wú)功功率不足，則極易引起電網(wǎng)電壓崩潰。

2.3.3 電廠300 MW汽輪發(fā)電機(jī)組失磁運(yùn)行

某發(fā)電廠4號(hào)發(fā)電機(jī)組（300 MW）進(jìn)行進(jìn)相試驗(yàn)，由于自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器異常，4號(hào)發(fā)電機(jī)組失去勵(lì)磁。機(jī)組從系統(tǒng)中大量吸收無(wú)功功率，使整個(gè)地區(qū)500 kV 電網(wǎng)出現(xiàn)大面積搖擺。失磁保護(hù)雖然投入跳閘，但由于失磁保護(hù)電壓閉鎖元件遠(yuǎn)離搖擺中心而不能開放，無(wú)法將機(jī)組從系統(tǒng)中切除。系統(tǒng)振蕩，直到運(yùn)行人員手動(dòng)將勵(lì)磁系統(tǒng)切換至備用勵(lì)磁運(yùn)行。雖然此次異常沒(méi)有造成更為嚴(yán)重的后果，但如果失磁的機(jī)組是600 MW或更大容量機(jī)組，對(duì)系統(tǒng)及設(shè)備的不良影響將是災(zāi)難性的。

從實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生的諸多事故和異常事例可以看出，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生事故、異常情況時(shí)，發(fā)變組后備保護(hù)所起的作用是不可低估的，甚至是不可替代的。如果發(fā)變組后備保護(hù)配置不合理或不能起到應(yīng)有的作用，對(duì)電力設(shè)備和電力系統(tǒng)的危害是極其嚴(yán)重的。許多發(fā)電機(jī)異常保護(hù)，如失磁、負(fù)序過(guò)電流等，它們所起的作用有時(shí)是縱差保護(hù)所起不到的，此時(shí)，其作用與主保護(hù)同等重要。運(yùn)行實(shí)踐表明，這些保護(hù)的動(dòng)作概率并不比縱差保護(hù)小。

2.4 微機(jī)保護(hù)特點(diǎn)及微機(jī)發(fā)變組保護(hù)配置

線路微機(jī)保護(hù)方式得以充分采用，這使得近幾年來(lái)的電網(wǎng)運(yùn)行安全有非常顯著的提升。微機(jī)發(fā)變組保護(hù)能夠達(dá)到更高可靠性，并且在整機(jī)性能以及抗干擾能力方面，有著更好的表現(xiàn)。采用微機(jī)保護(hù)裝置可以實(shí)現(xiàn)更便捷的升級(jí)換代，在系統(tǒng)智能化自檢方面功能更趨于完善。整個(gè)保護(hù)系統(tǒng)的維護(hù)非常簡(jiǎn)單，其配置也非常靈活，在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試時(shí)能夠突出方便簡(jiǎn)化等優(yōu)點(diǎn)。這些保護(hù)措施使得整個(gè)系統(tǒng)的配置更加靈活，集成度更高，但也使得這些保護(hù)措施過(guò)于集中。

從目前看，已投入實(shí)用化的微機(jī)發(fā)變組保護(hù)的構(gòu)成均為每套微機(jī)保護(hù)裝置包含若干個(gè)CPU 系統(tǒng)，1個(gè)CPU 系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)幾個(gè)完整的繼電保護(hù)功能。一樣的硬件，由不同的軟件實(shí)現(xiàn)。雖然生產(chǎn)廠家目前均考慮將主保護(hù)分散在各CPU 系統(tǒng)上，并且將同種類型的保護(hù)分別放于不同的CPU 系統(tǒng)上，對(duì)主保護(hù)實(shí)現(xiàn)雙重化。但實(shí)際運(yùn)行中如果某一CPU出現(xiàn)異?；蚰骋槐Ｗo(hù)柜因故停用，則必然有多種保護(hù)隨之退出，威脅一次設(shè)備安全。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，發(fā)變組是整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的核心功能單元，其安全性直接決定了整個(gè)電網(wǎng)的運(yùn)行安全，也成為整個(gè)電力生產(chǎn)和運(yùn)營(yíng)的最重要環(huán)節(jié)。發(fā)變組的安全運(yùn)行需要微機(jī)配置提供穩(wěn)定支持，微機(jī)配置的合理性是決定整個(gè)發(fā)變組功能表現(xiàn)的主要因素，也是決定性因素，其研究的價(jià)值也能夠從此得以體現(xiàn)。其配置的合理性必須將實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)作為一個(gè)重要的方面加以充分考慮，同時(shí)還要對(duì)各種影響環(huán)節(jié)有具體掌握，這樣才能充分保障整個(gè)配置滿足實(shí)際的應(yīng)用需要。