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摘要 广东沙角发电总厂C厂是我国较早从国外引进全套大型机组主设备及相关辅助设备的电厂之一。通过对其引进的GEC ALSTHOM公司发电机组继电保护的跟踪和调研，分析了其不同于我国大机组保护的特点及其适应性问题，并在此基础上提出了一些改进建议。 1 引言 广东沙角发电总厂C厂（以下简称沙角C厂）总装机3×660 MW，共有三个完全相同的发电单元，主要设备为法国GECALSTHOM公司制造，基本参数如下：发电机额定容量为677 MW，机端电压为19 kV，功率因素为0．9，其中性点经隔离变压器接地。主变压器额定容量为716 MVA，电压比为525±10％／19 kV，Ynd11接线，高压侧经SF6电缆进3／2断路器接线的500 kV开关站。本文研究基于该厂发电机组主设备的继电保护配置、原理等诸多特点，对消化和改善同类型大机组继电保护有一定的借鉴意义。 2 保护的配置方案 沙角C厂发电机组主设备的主要保护配置及动作情况如表1和表2所示，动作结果中用五位编码为1的数分别表示关汽机、跳发电机出口开关、灭磁、跳厂高变低压侧开关、跳500 kV开关，编码为0时指不跳相应开关。 2．1 主变差动 为满足变压器差动保护需引入多回路（发电机回路、主变回路、两个厂高变回路）电流的需求，所用MBCH16型差动继电器带有多个绕组的穿越电流变换器和工作线圈，通过对各部分绕组匝数的适当选取，可以较好地对二次电流进行补偿，以尽量减小因CT的实际变比与计算变比不一致而引起的、真正进入差动继电器的不平衡电流。 2．2 主变限制性接地保护 主变限制性接地保护，现场称之为零序差动保护，用于对主变高压侧（500 kV侧）绕组的接地故障实施限制性接地保护。它取主变高压侧套管电流互感器三相电流之和与主变接地中性线上的电流差构成简单差动保护，即以零序电流差形成的电压来驱动保护，保护兼有零序保护与差动保护的特色，无需与其它保护相配合，较好地形成对所管辖区域内的接地短路保护。 2．3 发电机差动 发电机的差动保护使用带高阻抗的MFAC34型继电器，其动作电压躲过基于发电机暂态电抗的短路电流IF所对应的电压值VS，整定计算如下： 整定计算原则、计算公式VS＝（A＋2B）×IF／T1 整定计算过程VS＝（2＋2×0．342）×67300×10／26000整定计算结果VS＝69．47 V 保护MFAC34的定值范围＝25～175 V（每级25 V）因此选保护电压整定值VS＝75 V A＝主电流互感器的线圈电阻＝2．0Ω B＝导线电阻（6mm2的导线111m）＝0．342Ω IF＝基于发电机暂态电抗0．34的短路电流＝67．3 kAT1＝线路上CT的匝比＝26000／10 传统的差动保护都是低阻抗型的，优点是在内部故障时差动回路上的电压相对较低，不会对继电器造成过电压；但在外部故障时，因故障电路CT饱和及差动回路的低阻抗，因而不平衡电流较大，而保护定值应躲过此电流，这将影响保护的灵敏性。为克服这一缺点，沙角C厂采用了高阻抗差动，此举减小了外部故障时流入差动回路的不平衡电流，提高了保护的灵敏性。同时为克服内部故障时过电压的问题，还在差动回路中并入了一非线性电阻，这比采用固定中阻抗的差动保护又进了一步。 3 保护的特点分析 3．1 主保护双重化的策略 对所有主要的设备故障和异常运行工况均设置两套主保护，如发电机差动、失磁、低正向功率、低频、定子接地保护和IPB（19kV封母）接地保护、主变差动保护等均按双重化原则配置，每种保护中的两套保护的交、直流回路彼此分开，其起动、出口回路以及电源部分都相互独立，互不干扰，因此完全可以看成是两套独立的保护。 3．2 操作及信号回路 操作回路由独立于保护回路的专用直流熔断器提供电源，对同一断路器的两个跳闸线圈也由相互独立的直流熔断器供电；信号回路由专用的直流熔断器供电，且对于每套保护，均将动作信号分送到不同的信号系统，以确保信号回路的独立性和双重性。可以认为，沙角C厂从保护到操作到信号均实现了双重化的策略。 3．3 二次图纸的特点 沙角C厂的每张二次图纸均按横纵向逐行进行区域划分，有点类似Excel中的单元格，因此图中的任一元件均落在某一可唯一标识的区域内，这给建立元件拓扑关系及元件的查询、定位等提供了方便，藉此标准绘图也非常方便。这一特点对于我国电力行业工程图纸的计算机绘制很有借鉴作用。 4 保护的改进建议 4．1 发电机定子接地保护 保护采用基波零序过电压为判据，动作电压整定为5伏，若按发电机出口单相金属性接地短路时继电器探测到的零序电压为100 V计，定子接地保护的保护区可视为95％。但其电压互感器的配置却使得保护所测到的单相金属性接地短路的最大电压是26伏［现场的两级电压互感器的变比分别为26600／288．8和500／110，因此计得零序电压为［3×（19000／1．732）／（26600／288．8）／（500／110）＝78．6（V）］，因此其定子接地保护事实上只保护了定子绕组的93．6％［（1－5／78．6）×100％］。 若要配置100％定子接地保护，仅用零序电压作为保护的判据是肯定不行的，通过引入三次谐波电压分量，利用基波零序过电压保护和取机端与中性点三次谐波电压差作为动作量的保护对彼此保护“死区”范围的相互弥补可以达到100％定子绕组接地保护的目的。若考虑沙角C厂的发电机正常运行时，三次谐波电压分量可能未达到额定电压的1％，甚至远小于此值，文献［1］提出的注入式定子单相接地保护以其简单方便、灵敏度高且不受三次谐波电压分量的影响，因而会是一个较好的选择。 顺便指出，即便是仅用基波零序过电压保护，沙角C厂的电压互感器配置也有问题，通过改变第二级电压互感器的变比，提高在发电机端单相金属性接地短路时的零序电压输出，可以降低其“死区”范围，当然同时应考虑主变高压侧接地故障的影响和三次谐波的滤过问题。 4．2 发电机定子匝间短路和开焊故障 由于结构上的原因，沙角C厂的发电机保护未考虑定子匝间短路和开焊故障，事实上，我国引进的法国、日本、美国等国的大型机组，均未装设匝间短路保护，这与目前匝间短路保护误动率高不无关系。文献［2］指出了高灵敏单元件横差保护的卓越性能，其应用前景应该会非常广阔。 4．3 差动保护的断线监视 沙角C厂未设差动回路断线监视装置，其差动保护的整定也未避开发电机满载运行时因差动回路断线而流入差动回路的电流。因此，当发电机满载运行而差动回路断线时，差动保护将动作跳机。从发电机不能在没有主保护的情况下运行这一点来看，将差动回路断线作为应停机的故障来对待并没什么大碍，但如不设差动回路断线监视装置将给差动保护动作后的故障分析留下障碍，而且事故跳机比正常程序停机给系统和发电机带来的冲击和影响要大得多。因此建议加装差动回路断线监视装置。 4．4 发电机误加电压保护 近年来，国外多次发生发电机在停机或盘车过程中，断路器误合闸的情况。一方面，定子绕组电流因其电抗远小于同步电抗而大增；另一方面，转子将感应出交流差频电流。这将会造成发电机变成异步电动机运行而在较短的时间内损坏发电机。此时可能动作的失磁、逆功率、后备低阻抗保护均有一定延时，所以有必要加装一套快速保护来避免此种情况下的发电机损毁。 5 结论 从保护的配置和原理方面看，应该说沙角C厂的发电机组主设备保护基本具备了主保护双重化及后备保护简单化的特点，但从保护的可靠性、选择性、灵敏性和速动性综合来考虑，它较之我国大机组保护方案略显欠缺一些。这一方面可能与西方国家的电网结构相对较强，而不依赖于某一单台机组或某个电厂有关，另一方面也反映出他们对其一次主设备有着充分的信心。但具体结合我国电网和运行环境，存在一个适应性问题，值得深入研究。 沙角C厂的发电机纵差动保护采用带高阻抗的差动继电器，变压器纵差动保护能方便地对CT的二次电流重新匹配，这些都大大降低了流入差动继电器的不平衡电流，同时还采用励磁特性优异的5P级电流互感器作为差动回路电流的输入，其纵差动保护的灵敏性大幅提高，这对灵敏地反应主设备近中性点处的相间短路故障极为有利。 主变限制性接地保护综合零序保护与差动保护的优点，突出了该保护的高灵敏性和绝对的选择性，使纵差动保护不仅仅局限于反应相间短路，同时也为变压器绕组的接地保护提供了一个好的思路，非常值得借鉴。 |
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引进的 GECALSTHOM 660MW 机组保护的适应性分析
时间:2014-03-13 09:36来源: 作者:鄂电电力 点击:
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