紫坪鋪水力發電廠發變組保護裝置改造

曹 建 高

(四川省紫坪鋪開發有限責任公司，四川 成都 610091)

0 引 言

紫坪鋪電廠位于岷江上游，是岷江流域最大的水力發電廠，電廠裝有四臺混流式水輪發電機組，單機容量190 MW，總裝機容量760 MW，發變組采用單元接線，1號、2號發變組，3號、4號發變組分別組成聯合單元以一回500 kV出線送四川省電力負荷中心——成都，是川西電網重要的電源支撐點，在電網內具有調峰、調頻和事故備用的重要作用，因此，發變組保護裝置對于整個電廠安全運行至關重要。紫坪鋪水力電廠原有發變組保護裝置的采用南瑞繼保公司的RCS-985系列發變組保護。每臺機組按發變組單元配置兩面保護柜，A柜為發變組保護RCS-985A裝置，B柜為發變組保護RCS-985A裝置和非電量保護RCS-974AG2裝置，分別保護機組和主變壓器安全穩定運行。

1 發變組保護裝置運行現狀及其改造的必要性

南瑞繼保公司的RCS-985系列發變組保護裝置在我廠自2005年投運以來，運行穩定，保護動作可靠，對機組安全穩定運行及故障的及時切除、分析等方面發揮了重要作用。但是隨著使用年限的增加，電子元器件的老化問題日益凸顯，維護成本和運行風險也逐年增加，若機組運行過程中保護裝置誤動或者拒動，將造成不可挽回的損失。為切實發揮發變組保護可靠性、速動性、靈敏性，選擇性等優越性能，根據《DL/T 587-2007 微機繼電保護裝置運行管理規程》及《四川省電力公司電網設備技術改造原則》中“對常用微機型保護及自動裝置運行時間超過8年視運行狀況及備品備件情況可逐步安排技術改造，但最長運行年限不宜超過10年”的相關規定，逐步對廠內4臺發變組保護裝置進行升級改造顯得尤為重要。

2 系統組成及改造項目

2.1 裝置選擇

本次發變組保護裝置改造采用南瑞繼保公司PCS系列產品，不僅繼承了RCS-985 系列發電機變壓器組保護的所有優點，并在保護判據方面有所改進，同時人機接口方面更加人性化，它提供一個發電機變壓器單元所需要的全部電量保護。裝置硬件和軟件均采用模塊化設計，靈活可配置，具有通用、易于擴展、易于維護的特點。

2.2 系統組成

改造后的發變組保護裝置保留原有的兩面屏，整個系統由保護裝置、打印機、保護聯片及相關端子排、空氣開關等組成。如表1所示：

表1 紫坪鋪水力發電廠發變組保護裝置改造前后系統組成

2.3 改造項目

2.3.1 RCS-985保護裝置更換

(1)A柜原RCS-985A保護裝置拆除，更換為PCS-985AW保護裝置。

(2)B柜原RCS-985A保護裝置拆除，更換為PCS-985AW保護裝置。

2.3.2 RCS-974保護裝置更換及改造

(1)B柜原RCS-974AG2保護裝置拆除，更換為 PCS-974A-G保護裝置。

(2) PCS-974A-G裝置失靈保護：將失靈保護出口跳閘繼電器SLQD1第一副出口接點端子接至PCS-974A-G非電量保護裝置的非電量2延時跳閘輸入，并將失靈保護出口壓板8LP23名稱改成投失靈保護(作為功能壓板)；非電量2延時跳閘出口壓板名稱改成失靈保護投跳，并將其固定延時設置為0S。

(3)PCS-974A-G保護裝置非電量保護出口跳滅磁開關出口改為雙出口，并增設相關壓板及配線。

(4)PCS-974A-G保護裝置非電量保護出口跳相鄰機組機端斷路器出口改為雙出口，并增設相關壓板及配線。

(5)PCS-974A-G保護裝置“冷卻器全停”跳閘矩陣修改，我廠因特有的主接線方式，該非電量保護只出口跳本機組機端斷路器。

2.2.3 增加RCS-985U保護裝置

(1)發變組保護A柜配置注入式定子接地保護，該保護功能的實現需在接地變內新增CT、隔離變等相關配件。

(2)發變組保護A柜加裝RCS-985U保護裝置專用電源裝置(注入式定子接地保護用)。

(3)需從每臺機組接地變處敷設三根4 mm2的屏蔽電纜至發變組保護A屏。

2.3.4 引入時鐘同步系統

從時鐘同步系統分別引入1路時鐘信號到每臺保護裝置，實現保護裝置的準確對時(裝置需能夠同時實現B碼及脈沖對時方式)。

3 改造后的主要成果

(1)PCS-985系列發變組保護裝置，它繼承了RCS-985 系列發變組保護的優點，可支持常規互感器或電子式互感器輸入，支持電力行業通訊標準DL/T667-1999、Modbus 通訊規約和新一代通訊標準IEC61850。支持網口、串口通信，不需要額外配置通信轉換裝置，從而消除了RCS-985本身只支持串口通信，采用網口通信需增加通信轉換裝置的缺點。

(2)支持離線和在線調試兩種模式，調試和定值整定更加方便。增加電子盤備份功能，可用于備份恢復程序和配置，當更換插件時，可以從電子盤中恢復數據，減小工作量。菜單式操作，避免了RCS-985 系列發變組保護裝置相對繁瑣的操作。

(3)PCS-985系列發變組保護裝裝置由標準化的元件構成，易于更換，軟件具有足夠的冗余度，各保護功能的保護范圍的設定可保證在測量范圍上有良好的后備。保護系統的軟件、硬件具有容錯功能和動作記錄存儲功能，即使某一子系統的部分軟件或硬件故障也不影響該系統其它部分的正常工作。改造后，維護成本大幅降低，裝置穩定性大幅增加。

(4)PCS-985AW裝置采用8U雙層配置，上層智能插件，下層交流頭或智能I/O插件，布局更加合理。裝置內部所有回路(包括但不限于以下回路：交流、直流等采樣回路，開入、開出回路等)的配置與現有裝置配置一致，很好的克服了現場實際條件、發變組保護與原有設備的接口問題以及CT配置等諸多問題。更換屏柜原有的功能及出口壓板，對壓板名稱進行雙重標識(壓板名稱及壓板編號)，并對功能壓板及出口壓板進行顏色區分(出口壓板：紅色，功能壓板：黃色，備用壓板：本色)，既符合標準化管理要求，又一定程度上避免運行人員誤操作。

(5)改造后，跳閘組件可根據實際情況、跳閘邏輯要求進行更改，有足夠的跳閘回路,每一功能都能送出跳閘信號，每種保護動作的引出信號接點有不少于2對電氣上獨立轉換接點輸出(2個報警接點)，保護功能投退分別設軟壓板或硬壓板，跳閘距陣出口回路設硬壓板，不允許不經壓板而直接去跳閘以及信號源分別取至不同組CT，主后備保護共用一組CT，兩套保護裝置出口對應不同的跳閘線圈，動作可靠性大大增加。

(6)增加了發電機注入式定子接地保護。當發電機定子繞組發生接地故障，注入的電壓、電流信號隨之發生變化，通過導納法可準確計算出接地故障的過渡電阻阻值，計算的電阻阻值與定子繞組的接地故障位置無關，可以反映發電機100%的定子繞組單相接地。具有以下優點：

①整個定子繞組各處具有相同的保護靈敏度，不受接地位置影響。

②低頻信號和發電機的工頻、分數次諧波、整數次諧波頻率不同，機組正常運行或振蕩時不會影響接地故障電阻阻值的計算。保護不受發電機運行工況的影響，在發電機靜止、起停過程、空載運行、并網運行等各種工況下，該保護均能可靠工作。

③接地電阻跳閘判據設置了獨有的安全電流限制技術，當接地故障電流很小時，可避免不必要的機組停機。采用注入回路阻抗精確補償技術，無需測試接地變壓器的詳細參數，直接進行現場模擬接地故障試驗即可完成參數補償。

(7)增加了發電機注入式轉子接地保護。在轉子繞組的正負兩端或其中一端(通常選擇負端)與大軸之間注入一個電源，實時求解轉子對地絕緣電阻值，保護反映發電機轉子對大軸絕緣電阻的下降。具有以下優點：

①注入電源更加簡單可靠，接線方式靈活，可根據現場轉子繞組引出方式，選擇單端注入或雙端注入方式，硬件統一。采用自適應有源切換技術，注入電源的頻率自適應調整。

②接地電阻的計算精度高，誤差小于±5%，靈敏度高達 100 kΩ，不受轉子電壓影響，轉子繞組不同位置接地時的靈敏度一致，能夠在未加勵磁電壓狀態下，檢測轉子絕緣情況。

③對于雙端注入方式，可準確追蹤接地故障位置，并可根據一點接地位置的變化實現轉子兩點接地保護功能。

(8)PCS-974A-G保護裝置具有非電量保護、非全相保護、失靈啟動、異常告警等功能。保護邏輯判據更加完善，動作可靠性大幅增加。

4 改造后試驗結果

改造完成后，先后進行了發變組A、B屏的PCS-985AW開入檢查，開出接點檢查(報警信號接點檢查 、跳閘信號接點檢查、跳閘輸出接點檢查 )，發變組保護電壓、電流采樣值檢查，保護整組試驗(發電機不完全差動1保護試驗、發電機不完全差動2保護試驗、發電機裂相橫差動保護試驗、發電機匝間保護試驗、發電機相間后備保護試驗、發電機定子接地保護試驗、發電機轉子接地保護試驗、定子過負荷保護試驗、負序過負荷保護試驗、發電機失磁保護試驗、發電機過電壓保護試驗、發電機過勵磁保護試驗、誤上電保護試驗、勵磁后備保護試驗、主變差動保護試驗、主變零序差動保護試驗、主變相間后備保護試驗、主變接地后備保護試驗、主變過勵磁保護試驗、廠變差動保護試驗、廠變后備保護試驗、非電量保護試驗)、保護聯動試驗，空載試驗及并網試驗等，各項試驗數據均滿足試驗標準要求。

5 結 語

紫坪鋪水力發電廠發變組保護裝置改造后，裝置運行工況良好，全面地提高了對發變組設備的可靠監測和保護。新增的注入式定子接地保護，除了能實現原有100%定子接地無死區保護而外，還能對發電機的電機靜止、起停過程、空載運行、并網運行等各種工況進行定子絕緣監視，對發電機接地電流進行實時監測限制，避免不必要的機組停機，避免了傳統接地保護靈敏度受接地位置影響的缺點。新增的注入式轉子接地保護，不受轉子電壓影響，轉子繞組不同位置接地時的靈敏度一致，可準確追蹤接地故障位置，靈敏度高，準確性好，有效減少了保護死區。更加人性化的人機交互功能和更加完善的保護邏輯判據既滿足了繼電保護技術監督、反措和各項相關技術標準的規定，又滿足了事故報告準確、齊全、直觀的要求，便于事故分析。同時改造后的裝置維護、調試方便，動作可靠，減少了維護工作量和年維護費用，為我廠發變組設備的可靠運行提供了有利保障，也為今后設備改造提供了借鑒。