克田水電站發(fā)變組保護(hù)改造必要性分析及設(shè)計(jì)

吳小燕 任洪劍

摘? ?要：繼電保護(hù)裝置為檢測(cè)、隔離和終止主要電氣設(shè)備的故障和事故而設(shè)置，是水電站正常運(yùn)營(yíng)的重要保障。目前克田水電站主變保護(hù)單套配置、發(fā)電機(jī)保護(hù)主后一體化結(jié)構(gòu)不滿足國(guó)家規(guī)程、行業(yè)規(guī)范的要求，也不滿足電網(wǎng)反措要求。同時(shí)，克田水電站發(fā)電機(jī)、變壓器保護(hù)裝置運(yùn)行至今超過(guò)10年，且設(shè)備故障頻發(fā)，對(duì)水電站運(yùn)行是非常不利的。本文介紹了克田水電站發(fā)變組保護(hù)改造的必要性及設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：水電站? 發(fā)變組保護(hù)改造? 分析與設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TM62? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）06（c）-0053-02

1? 工程概況

1.1 電站概況

克田水電站壩址位于祿勸縣翠華鄉(xiāng)克田村旁的普渡河干流上，廠址位于祿勸縣九龍鄉(xiāng)大石房村下游，有省道公路和縣鄉(xiāng)公路與昆明連接，廠址距昆明約140km，克田水電站共裝有3臺(tái)單機(jī)容量為33MW的立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量99MW。多年平均發(fā)電量4.06億kW，年利用小時(shí)數(shù)4511h，保證出力13MW（P=90%），為三等中型工程。3臺(tái)機(jī)組全部于2009年7月投產(chǎn)發(fā)電。

克田水電站發(fā)電機(jī)電壓為10.5kV，經(jīng)主變升壓至220kV后接入系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)與變壓器間的連接為單元接線。220kV側(cè)為單母線接線，出線一回至中屏變電站。發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)真空型發(fā)電機(jī)專用斷路器，在機(jī)組停機(jī)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)從系統(tǒng)倒送廠用電源，機(jī)端廠用變壓器的一次側(cè)采用真空型斷路器。

1.2 發(fā)變組繼電保護(hù)現(xiàn)狀

目前發(fā)電機(jī)、主變的保護(hù)均為單套配置。

每個(gè)發(fā)變組配置有型號(hào)為DGT801的發(fā)電機(jī)主后備保護(hù)裝置1套，型號(hào)為DGT801C的主變差動(dòng)、后備、非電量一體化保護(hù)裝置1套，型號(hào)為L(zhǎng)Y-31的發(fā)電機(jī)出口斷路器操作箱1套，型號(hào)為L(zhǎng)Y-33的主變高壓側(cè)斷路器操作箱1套，型號(hào)為DGT801C的廠變保護(hù)裝置1套。

其中，每臺(tái)發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置、發(fā)電機(jī)出口斷路器操作箱組一面屏，共計(jì)3面屏布置于中控室;主變保護(hù)裝置、主變高壓側(cè)斷路器操作箱組一面屏，共計(jì)3面屏布置于中控室;2臺(tái)廠變保護(hù)裝置、1臺(tái)壩區(qū)變保護(hù)裝置及一臺(tái)400V備投裝置組一面屏布置于中控室。

2? 發(fā)變組保護(hù)現(xiàn)存問(wèn)題及改造必要性分析

2.1 發(fā)變組保護(hù)現(xiàn)存問(wèn)題

克田水電站為2009年7月投產(chǎn)發(fā)電運(yùn)行，主變電氣量保護(hù)為單套配置，裝置為主后備電量保護(hù)及非電量保護(hù)一體式保護(hù)結(jié)構(gòu)，自建成運(yùn)行至今。此配置不滿足《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》（GBT14285-2006）第4.3.3.3條規(guī)定：電壓為220kV及以上的變壓器裝設(shè)數(shù)字式保護(hù)時(shí)，除非電量保護(hù)外，應(yīng)采用雙重化保護(hù)配置。不滿足《水力發(fā)電廠繼電保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》（NBT35010-2013）第5.1.2條規(guī)定：220kV及以上電壓等級(jí)或100MVA及以上容量的變壓器，除非電量保護(hù)外，應(yīng)裝設(shè)雙重化保護(hù)。也不滿足《南方電網(wǎng)電力系統(tǒng)繼電保護(hù)反事故措施匯編》（2014版）第3.3.1條規(guī)定：220kV及以上電壓等級(jí)的主變壓器微機(jī)保護(hù)應(yīng)按雙重化配置（非電氣量保護(hù)除外）。

發(fā)電機(jī)保護(hù)采用主后備一體式保護(hù)裝置不滿足《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》（GBT14285-2006）第4.1.12.1 條規(guī)定：對(duì)僅配置一套主保護(hù)的設(shè)備，應(yīng)采用主保護(hù)與后備保護(hù)相互獨(dú)立的裝置，《水力發(fā)電廠繼電保護(hù)設(shè)計(jì)規(guī)范》（NBT35010-2013）第2.0.15條對(duì)此規(guī)定相同。

目前的主變保護(hù)裝置服役近10年且設(shè)備故障頻發(fā)，曾出現(xiàn)過(guò)以下故障和設(shè)備缺陷：

（1）IO板曾經(jīng)多次出現(xiàn)故障告警總出口繼電器燒毀，導(dǎo)致保護(hù)告警信號(hào)繼電器無(wú)法工作;

（2）CPU C板多臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障，已經(jīng)集中更換過(guò)一次;

（3）IO板硬件檢測(cè)層多次自檢報(bào)錯(cuò)，經(jīng)更換IO板后恢復(fù)。

按照規(guī)定微機(jī)保護(hù)裝置的使用年限一般不低于12年。目前克田水電站發(fā)電機(jī)、變壓器保護(hù)裝置運(yùn)行至今超過(guò)10年，在規(guī)定使用年限內(nèi)，即將達(dá)到南網(wǎng)規(guī)定的技改年限。

2.2 發(fā)變組保護(hù)改造必要性分析

克田水電站主變保護(hù)單套配置、發(fā)電機(jī)保護(hù)主后一體化結(jié)構(gòu)不滿足國(guó)家規(guī)程、行業(yè)規(guī)范的要求，為此需要技改。電網(wǎng)反事故措施的實(shí)施執(zhí)行以防止電力生產(chǎn)安全事故事件的發(fā)生、保證電網(wǎng)及設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行為原則，在貫徹落實(shí)反措的過(guò)程中仍應(yīng)執(zhí)行相關(guān)規(guī)程、規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)，過(guò)去頒發(fā)的反措與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定有抵觸的，應(yīng)按反措執(zhí)行。

繼電保護(hù)裝置為檢測(cè)、隔離和終止主要電氣設(shè)備的故障和事故而設(shè)置，是水電站正常運(yùn)營(yíng)的重要保障，必須要保證其安全、準(zhǔn)確和可靠，否則會(huì)引起主要電氣設(shè)備的誤動(dòng)或拒動(dòng)，帶來(lái)機(jī)組非停以及設(shè)備和人身的安全事故，影響電站正常生產(chǎn)、降低電站經(jīng)濟(jì)效益。

3? 發(fā)變組改造技術(shù)方案

全新配置兩套雙重化電氣量保護(hù)，主變保護(hù)裝置配置更新為單臺(tái)變壓保護(hù)裝置為2個(gè)新保護(hù)柜，其中A柜安裝A套主后一體式保護(hù)裝置、主變高壓側(cè)斷路器操作箱，B柜安裝B套主后一體式保護(hù)裝置、非電量保護(hù)裝置，三臺(tái)主變合計(jì)6個(gè)新保護(hù)柜。

3.1. 主變壓器繼電保護(hù)改造方案設(shè)計(jì)

主變壓器的電氣量保護(hù)按雙重化配置，兩套保護(hù)裝置獨(dú)立安裝在A、B兩面屏內(nèi)，每套裝置均配置完整的主、后備保護(hù)功能，同時(shí)兩套保護(hù)之間的交流電流、直流回路及電源系統(tǒng)、出口回路完全獨(dú)立。主變壓器配置一套獨(dú)立的非電量保護(hù)，保護(hù)設(shè)置獨(dú)立的電源回路和出口跳閘回路，與電氣量保護(hù)完全分開，安裝在B屏中，非電量保護(hù)出口不啟動(dòng)失靈保護(hù)。每套電氣量保護(hù)應(yīng)分別作用于斷路器的兩個(gè)跳閘線圈中的一個(gè)跳閘線圈，一套非電量保護(hù)的跳閘輸出回路應(yīng)同時(shí)作用于斷路器的兩個(gè)跳閘線圈。

主變壓器配置一套 220kV斷路器分相式操作箱，操作箱應(yīng)具有雙跳閘線圈輸出回路，操作箱安裝在A屏中。

每套保護(hù)裝置應(yīng)帶有不少于5個(gè)直跳回路，直跳回路出口應(yīng)有相應(yīng)的信號(hào)輸出。

3.2 發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)改造方案設(shè)計(jì)

克田水電站3臺(tái)機(jī)組單機(jī)容量均為33MW，目前發(fā)電機(jī)電氣量保護(hù)單套配置，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范均未要求該容量的水電機(jī)組需要雙重化配置電氣量保護(hù)，電網(wǎng)反措也未對(duì)此進(jìn)行要求，故克田水電站發(fā)電機(jī)電氣量保護(hù)仍然按照單套配置。

為發(fā)電機(jī)配置單套電氣量保護(hù)，設(shè)置主保護(hù)和后備保護(hù)，采用主保護(hù)和后備保護(hù)相互獨(dú)立的裝置。每套保護(hù)裝置應(yīng)帶有不少于5個(gè)直跳回路，直跳回路出口應(yīng)有相應(yīng)的信號(hào)輸出。每個(gè)發(fā)電機(jī)-變壓器組單元配置一套機(jī)端10.5kV斷路器三相操作箱，操作箱應(yīng)具有雙跳閘線圈輸出回路。發(fā)電機(jī)主保護(hù)、后備保護(hù)裝置、發(fā)電機(jī)出口斷路器操作箱統(tǒng)一安裝于一面柜中，布置于中控室現(xiàn)有發(fā)電機(jī)保護(hù)屏處。

3.3 勵(lì)磁變繼電保護(hù)改造方案設(shè)計(jì)

勵(lì)磁變高壓側(cè)設(shè)置有電流互感器，未設(shè)置斷路器，死接在發(fā)電機(jī)出口母線上，為其設(shè)置繼電保護(hù)，單套配置，其保護(hù)功能可以集成在發(fā)電機(jī)保護(hù)中。

4? 結(jié)語(yǔ)

目前克田水電站3臺(tái)220kV主變保護(hù)為單套配置，不滿足規(guī)范和反措要求，對(duì)其進(jìn)行改造，設(shè)置兩套雙重化電量保護(hù)、一套非電量保護(hù)是必要的。為3臺(tái)主變配置兩套雙重化電量保護(hù)、一套非電量保護(hù)，在可靠性、便利性和整體經(jīng)濟(jì)性上均具有優(yōu)勢(shì)。同時(shí)克田水電站3臺(tái)發(fā)電機(jī)保護(hù)運(yùn)行超過(guò)十年，即將達(dá)到南網(wǎng)要求的技改年限，在對(duì)主變保護(hù)進(jìn)行改造的同時(shí)一次性對(duì)發(fā)電機(jī)保護(hù)進(jìn)行改造是合理和必要的。

參考文獻(xiàn)

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