神華國能神頭第二發電廠#1機組發變組保護改造模式及應用

劉江鵬

摘 要：結合神華國能集團有限公司神頭第二發電廠1號發變組（發電機、主變壓器、高廠變、勵磁機和6KV等）保護改造，對采用南京南瑞繼保電氣有限公司生產的RCS-985B微機發變組保護的模式及特點進行了詳細的介紹和分析，試驗要求符合繼電保護運行檢驗規程，符合山西省二十五項反措要求。

關鍵詞：保護雙重化 差動 匝間 過流 失磁 過激磁 逆功率 失步 轉子接地

中圖分類號：TM774 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（c）-0124-02

山西神頭第二發電廠應用的是捷克電機廠生產的總裝機容量4×500MW的發電機組。#1機組原來配套的發變組保護不是雙重化配置，不滿足GB/T14285-2006《繼電保護和安全自動裝置技術規程》和《國家電網公司十八項電網反事故措施》要求。該保護已經投運12年，雖屬于微機保護裝置，但由于電子元器件產品嚴重老化，所以帶來了設備可靠性差、備品備件匱乏等問題，給機組的安全穩定運行造成了極大的安全隱患。南京南瑞繼保電氣有限公司采用了RCS-985B微機發變組保護改變了對原有的發變組保護，該文介紹分析了改變后保護裝置的特點。

1 主設備相關參數

1.1 發電機參數（見表1）。

1.2勵磁機參數（見表1）。

2 保護配置

神華國能集團有限公司神頭第二發電廠1號發變組保護改造全部采用南京南瑞繼保電氣有限公司生產的保護裝置。保護A、B柜配置RCS-985B發電機變壓器保護裝置，保護C柜配置兩套RCS-985RE發電機和勵磁機注入式轉子接地保護裝置，以及RCS-974FG非電量保護裝置。發電機保護包含了通用的發電機保護功能以及失磁、失步等大型機組所特有的保護功能。配置有非電量重動等功能。主保護和重要回路雙重化配置。保護A柜、B柜、C柜具體配置如下：

A＼B柜：⑴ 電量保護：發電機過電壓保護，誤上電保護，發電機轉子一點接地保護，發電機起停機保護，發電機定子匝間保護，發電機差動保護，發電機復合電壓過流保護，發電機失步保護，發電機定子過負荷，發電機負序過負荷，發電機發電機逆功率保護，逆功率保護，發電機失磁保護，發電機逆功率保護，發電機程跳逆功率保護，發電機100%定子接地保護，過激磁保護，發電機低頻保護，勵磁機差動，勵磁機過流，主變差動保護，斷路器閃絡保護，發變組差動保護，主變零序保護，主變通風，非全相保護，起失靈保護，高廠變差動，高廠變復合電壓過流，A分支過流，B分支過流，廠變啟通風。⑵ 開關量重動：短引線保護，轉子接地跳閘。

C柜：⑴ 電量保護：發電機和勵磁機注入式轉子一點、兩點接地保護⑵ 非電量保護：主變油溫（報警、跳閘），主變壓力釋放，主變重瓦斯，主變輕瓦斯，主變繞組溫度（報警、跳閘），主變油位，，高廠變繞組溫度（報警、跳閘），高廠變油位，高廠變油溫（報警、跳閘），高廠變輕瓦斯，高廠變重瓦斯，高廠變壓力釋放，勵磁系統故障，系統停機，熱工保護等。

3 技術支持

發變組保護型式：微機型

直流電源：允許偏差為-20%～+10%；額定電壓為220V；波紋系數小于或等于5%。

交流電源：允許偏差為-15%～+15%；額定電壓為220V；頻率為50Hz±0.5%；波形系數小于或等于5%。

主要設備技術參數：

（1）CT變比：

主變高壓側：15TPY15 1250/1A、15TPY15 1250/1A；

發電機側：BP222180 18000/5A、BP222180 18000/5A；

廠用變壓器高壓側：15TY15 18000/ 5A、2000/5A；

廠用變壓器低壓側：15TY15 6000/5A、4000/5A、6000/5A；

勵磁機：BB103-40 4000/5A。

（2）PT二次電壓：

550kV：/0.1kV

20kV：（20/）/（0.1/）/（0.1/）kV

（20/）/（0.1/）/（0.1）kV

6kV：（6.3/）/（0.1/）kV

（3）頻率：50Hz。

（4）以下為廠用變壓器低壓側斷路器參數：

合閘電流和跳閘電流均為5A；控制電壓為DC220V。

（5）以下為主變壓器高壓側斷路器參數：

合閘電流和跳閘電流均為3A；控制電壓為DC220V。

（6）滅磁開關參數：

控制電壓：DC220V；合閘電流：3A；跳閘電流：3A。

4 整套裝置的主要功能

（1）裝置應可以進行參數監視。

（2）裝置各保護軟件相互獨立。

（3）合理的裝置的保護模塊；當其中一個出現故障時，不影響被保護設備的運行。

（4）裝置中保護的類型不同，有便捷的投退功能。

（5）裝置應可以自動檢測。

（6）裝置每一個獨立逆變穩壓電源的輸入應有自己的保險和失電報警功能。

（7）非電量保護可經裝置延時后出口或經裝置觸點轉換出口，信號可以反映出來。

（8）裝置應可以自復位。

（9）裝置具有成套性、獨立性和完整性；在成套裝置內有相應的保護功能；被保護設備有高壓廠用變壓器、主變壓器、發電機等。

（10）保護屏內的變流器的準確等級至少為0.5級，其飽和倍數應高于或等于其連接的電流互感器的準確限值系數，并注意其保護用變流器的準確等級和飽和倍數。

（11）裝置應記錄重要信息，通過接口送出；信息可重復輸出，不會丟失，企業標準規定輸出方式和信息內容。

（12）裝置應有獨立的內部時鐘，用提供外部時鐘同步接口，每24h誤差小于±5s。

（13）保護屏柜端子不與裝置弱電系統有直接電氣上的聯系。分別對不同回路采用繼電器轉接、光電耦合、帶屏蔽的變壓器磁耦合等措施。

5 各種保護功能的技術特點

5.1 差動保護

主保護就是發電機-變壓器組裝設差動保護，以下是差動保護裝置：

（1）發電機差動保護：保護發電機定子繞組及其引出線的相間短路故障。（2）廠用變壓器差動保護：保護廠用變壓器繞組及其引出線的相間短路故障。（3）勵磁機差動保護：保護勵磁機定子繞組及其引出線的相間短路故障。（4）主變壓器差動保護：保護主變壓器繞組及其引出線的相間短路故障。第一套主變差動選用二側差動保護；第二套主變差動選用三側差動保護第一套高廠變差動選用三側差動保護：6000/5A、6000/5A（（6KV分支CT）；第二套高廠變差動選用四側差動保護6000/5A、4000/5、4000/5、（6KV分支CT）（5）發變組大差保護：保護主變、高廠變機封母繞組及其引出線的相間短路故障。第一套發變組差動選用三側差動保護：18000/5A（20KV母線CT）；第二套發變組差動選用三側差動保護：2000/5A （20KV母線CT）。

以下為各差保護的功能特點：

（1）具有電流互感器（TA）斷線判別功能，并能閉鎖差動或報警；（2）具有制動特性，防止區外故障誤動；（3）具有差動電流速斷功能；（4）當同一相上出現兩點接地故障時，可動作出口；（5）有平衡差動保護各側電流的措施；（6）有防止勵磁涌流引起誤動的功能；（7）動作時間小于或等于30ms；（8）動作電流的整定值允許誤差±5%，整定范圍應為0.1-1.0額定電流。

5.2 發電機定子匝間保護

對發電機定子繞組同相分支或同相不同分支間的匝間短路及定子繞組開焊故障進行保護，設置縱向零序電壓保護裝置；以下是保護裝置的功能特點：（1）區內故障有靈敏的系數，區外故障時不誤動；（2）電壓或電流互感器斷線時不誤動；（3）三次諧波濾過比大于100；（4）動作時間（1.2倍定值時）不大于100ms；（5）整定值允許誤差±5%。

5.3 相間短路的后備保護

發電機-變壓器組的主保護或者后備保護應設置阻抗保護，以下是阻抗保護裝置：（1）發變組阻抗阻抗保護：對主變繞組、發電機和引出線的相間短路故障進行保護。發電機阻抗保護采用全阻抗原理，設兩段阻抗圓，第一段作為發變組的主保護，瞬時動作于全停。第二段作為系統及發變組的后備，延時動作于解列。保護應設PT回路斷線閉鎖措施；

（2）高廠變阻抗保護：對高廠變繞組和引出線的相間短路故障進行保護。高廠變抗保護采用全阻抗原理，設兩段阻抗圓，第一段瞬時動作于全停。第二段延時動作于全停。保護應設PT回路斷線閉鎖措施。

發電機-變壓器組主保護、高廠變主保護的遠、近后備保護的相間短路故障保護應有以下保護裝置：

（1）對稱過負荷保護裝置；（2）不對稱過負荷保護裝置；（3）高壓廠變：裝設過電流保護裝置；（4）勵磁機：裝設差動保護、過電流保護裝置。

以下是保護裝置的功能特點：

（1）要保證動作的選擇性，差動保護要配合差動保護主保護和線路相間保護的后備保護；（2）設置反時限特性能，與發電機定子或轉子表層過熱特性更般配。

5.4 發電機定子接地保護

保護發電機定子繞組的單相接地故障，發電機的高阻接地方式，裝設零序電壓式和三次諧波式接地保護裝置； 上述保護裝置具有以下主要功能和技術要求：

（1）在跳閘的零序電壓取自發電機中性點起作用；

（2）保護范圍為全部定子繞組。

5.5 主變碰殼保護

主變碰殼保護由三個獨立的單相接殼零序電流構成，各相延時動作于全停。

5.6 保護發電機和勵磁機的回路

保護勵磁機、發電機轉子回路一點接地故障和勵磁回路的過負荷保護，以下是主要功能特點：

（1）轉子繞組不同地點發生一點接地時，在同一整定值下，其動作值誤差滿足要求；

（2）轉子回路一點接地保護要符合無勵磁狀態下測量要求，返回系數小于或等于1.3。

5.7 發電機過激磁保護

保護發電機及主變壓器過激磁，當電壓升高、頻率降低時，鐵芯的工作磁通密度變高，過熱使絕緣老化的保護裝置。以下是其功能特點：（1）電壓整定范圍為1.0～1.5額定電壓；裝置適用頻率范圍為25Hz～65Hz；（2）保護裝置分為兩部分：反時限、定時限。

5.8 發電機的過電壓保護

當起動或并網過程中電壓升高時，防止發電機絕緣受損。以下是其功能特點： （1）返回系數大于或等于0.9；（2）電壓整定范圍為1.0～1.5額定電壓，整定值允許誤差±2.5%。

5.9 發電機失磁保護

發電機在發生失磁時，防止發電機損害，保護電力系統穩定運行的保護裝置。以下是其功能特點：

（1）應能對機組的穩態異步邊界及系統的崩潰電壓進行檢測，或者是對機組的靜穩邊界進行檢測，；還應能檢測負荷不同時的不同失磁；

（2）應防止機組正常進相運行時和電力系統振蕩時的誤動；還應防止電壓互感器斷線和電壓切換時以及系統故障、故障切除過程中的誤動。

5.10 發電機逆功率保護

保護發電機在并列運行時，從電力系統吸收有功功率變為電動機運行而損壞機組的保護裝置。逆功率分為逆功率保護元件和保護裝置程序跳閘的起動元件兩部分。以下是其功能特點：

（1）有功測量原理不受無功大小的影響；

（2）具有PT斷線閉鎖功能。

5.11 發電機頻率異常保護

保護汽輪機，為防止發電機在頻率偏高或偏低時，造成汽輪機的葉片和拉筋發生斷裂的保護裝置。以下是其功能特點：

（1）在發電機停機時自動閉鎖頻率異常保護；（2）根據汽輪機的頻率-時間特性，可以按頻率分段時間積累，斷電時時間積累能保持。

5.12 汽機保護

發電機在停機和啟動過程中，汽機發生故障時，防止引起一些保護裝置拒動的保護裝置。

5.13 發電機軸過流保護

反應發電機軸電流，第一段40ma延時動作于信號；第二段80ma延時動作于信號。

5.14 主變、高廠變本體保護

主變、高廠變本體內部的繞溫故障、油溫、重瓦斯、壓力釋放等，都有相應的保護裝置和信號。

5.15 高廠變低壓側過流保護

保護變壓器低壓繞組及其分支引出線過流故障的保護裝置，也是低壓母線上各元件的后備保護。以下是其功能特點：（1）電流整定值允許誤差±2.5%；（2）在變壓器低壓側上設置分支過電流。

6 分析改造效果

（1）設備國產化，有物美價廉的備品備件供應，使檢修成本大大降低。

（2）好控制，運行穩定，過剩維修得到了避免，勞動強度降低。降低了維修時間和成本，使事故減少、維護檢修變得簡單。

（3）系統具有較高的可靠性，全面的各項限制和保護功能，保證機組運行的安全穩定。

（4）設備保護配置滿足雙重化保護配置，符合安評要求。

7 結語

綜合以上介紹，RCS-985B微機發變組保護系統在全國大中小型發電機組得到了廣泛應用，可靠性高，控制性好，該保護配置方式使系統能夠穩定運行。該方案在#1機組成功的應用為該廠#3、#4機組下一步改造提供了借鑒與保證。

參考文獻

[1] 南京南瑞繼保電氣有限公司.南瑞RCS-985B發電機變壓器成套保護裝置技術說明書[S].南京：南京南瑞繼保電氣有限公司，2010.

[2] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T14285-2006繼電保護和安全自動裝置技術規程[S].北京：中國標準出版，2006.

[3] 中華人民共和國國家發展和改革委員會.DL/T995-2006繼電保護和電網安全自動裝置檢驗規程[S].北京：中國電力出版社，2006.