合理配置微機發變組保護 提高電網安全運行水平

王躍豪

（中電（商丘）熱電有限公司，河南商丘 476000）

電網安全運行取決于多個影響因素，對發變機組進行有效保護是從電力生產的源頭對整個電網安全進行控制，是非常重要的管理環節。在實際的管控中，需要通過合理配置微機的方式來強化其安全管理，進而實現整個電網安全運營目標。這些配置工作需要充分考慮實際的運營情況和安全需求，在一些相關安全的基本功能參數上要通過合理優化配置，才能最終形成一個較為合理的運營條件。而這些都會具體反映在發變組的微機配置上，進而形成安全穩定運行的基礎。

1 發變組應用現狀概述

隨著我國制造業和工業生產的快速發展，對電力能源的需求直線上升，這對于整個電力產業建設是一個非常重要的激勵，加之國內在大容量電機組的設計與制造水平快速提高，具備更好經濟效益的大容量發電機組得以大量生產并持續投入運營。這極大地緩解了用電壓力，但同時對電網安全運行也構成了一定的威脅。為此，需要在保障措施所涉及的各個方面進行優化和完善，形成最有效和穩定的保障效果。

從目前我國的電力網絡系統建設情況來看，采用微機系統進行全面管理已經成為基本的模式，這種將信息系統引入電網系統功能管理的方式和方法已經成為主流的選擇方式，并為整個電力建設提供了非常有力的支持作用。構成發變組的發電機和變壓器經過微機的協調和控制，能夠使得整個系統的運行可以處于穩定的狀態，通過合理配置各配電系統的參數，能夠實現對整個電網的安全和智能化管理，其配置的合理性和有效性對于整個電網的運行效果有著非常重要的影響。

2 微機發變組配置對電網安全運行效能的提升研究

總的來說，發變組主要由2種設備組成，即發電機和變壓器，發變組可以看作是發電系統的基本單元。發變組系統的功能結構設計是發電機出線接升壓變壓器，并接入到低壓側的線圈上，通過升壓變壓器進行有效升壓后，才能與母線連接，最后與電網并網。發變組是整個發電廠最核心的部分，其安全穩定運行是整個電網安全穩定運行的最根本保障。基于此，對相關問題的研究才具有重要的價值，并能夠得到電廠等單位的高度重視。

2.1 微機發變組保護合理配置的必要性

分析發變組安全風險因素，隨著發電機的容量持續增大，機組本身的熱容量必然降低，包括發電機組的定子和轉子，實際的負荷能力會有程度不同的下降。這些情況會造成繼電保護系統的整體運營效能面臨了更大的挑戰，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題。為使發電機組確保運行安全的同時，還可以發揮其過負荷性能，就需要對系統的反時限特性實施過負荷保護條件下的優化配置。根據發電量增大條件，其實際參數也要做出必要的調整，使得電抗增大同時，定子電阻卻可以降低。這會造成3個結果：一是發電機短路能力會有所降低，使得保護靈敏性的要求必須顯著提升；二是發電機靜穩系數降低，當系統遭受各種擾動，發電機出現低勵故障問題，系統非常容易發生靜態失穩問題；三是發電機異步轉矩會顯著下降，由此出現機組失磁以及運行滑差增大等問題，此時發電機組需要更加完善的保護。

2.2 發變組保護配置的原則

按照目前國家《繼電保護和安全自動裝置技術規程》中明確的相關標準，電廠在進行發變組建設時需要對整個發電機的主保護、定子過負荷、轉子過負荷、失磁等保護標準有嚴格的標準。對發電量超過100 MW 的發電機，確保發電機和變壓器組能夠共同使用縱聯差動保護，同時，發電機本身還需要加裝獨立差動保護裝置。對發電量為200～300 MW 的發電機變壓器組，可以考慮對變壓器進行縱聯差動保護等必要措施，實施雙重快速保護設置，提高整個系統運行的穩定性。對發電量超過300 MW 的發電機變壓器組，必須按要求設置雙重快速保護系統，通過加裝縱聯差動保護等方式，實現對發電機和變壓器組的全面保護作用。對發電量超過100 MW 的發電機，必須按要求加裝保護區，實現定子的完全接地保護。

同時，針對發電機外短路及主保護的后備選擇保護措施，必須對其進行相應的保護配置。具體來說，對于容量超過50 MW 的發電機，需要加裝負序過電流保護元，提高其對負電流的過載影響，還要加裝單元件過電流保護，對低壓啟動過程中產生的過電流風險進行必要的防控。對發電機轉子負序電流承載能力的判定，其基本方式就是通過I2·t ≤A 進行判斷。對于系統中的那些不對稱負荷情況以及非全相運行和外部短路導致負序電流情況，要嚴格根據發電機過負荷保護標準進行裝設。超過100 MW 且電流小于10 A 的發電機，需要根據定時限與反時限轉子過負荷情況設置具體的保護系統。

發變組中還有一個比較常見的故障問題，就是失磁故障，該故障以勵磁電流大幅降低甚至消失為特征，需要通過失磁保護裝置進行針對性防護。對于容量不足100 MW 的發電機，禁止在失磁狀態下運行，裝設有半導體勵磁系統的發電機，需加設專用保護裝置進行失磁保護。對容量在600 MW 及以上的發電機，失磁保護的方式可選擇雙重保護措施。這些具體的防護要求，需要充分結合電網與微機系統的特點進行保護設計，通過對微機系統的配置進行合理優化，將各種保護措施整合起來，形成一個完善的保護體系，對整個發變組的安全運營有非常大的促進作用。

2.3 對幾個電網事故案例的分析

近些年來，由于電廠機組更新，相關配套建設和輔助保護措施未能及時跟進，電網故障問題時有發生。通過研究這些具有典型特點的故障問題，對通過微機進行合理配置參數的基本規律和必要保護措施選擇有很大幫助。發變組的保護措施是必不可少的，且必須充分發揮作用，才能從根本上有效形成對整個電網安全運行的全面保障效果。

2.3.1 220 kV電網A相故障繼電保護裝置異常動作

某電網ZCG－1A 型繼電保護裝置出口回路3個二極管被擊穿，造成高值繼電器接點燒損，并將負電引入跳閘回路（N33），故障未能切除。當I02保護動作將正電引入N33端時，造成直流熔斷器熔斷，保護拒動，故障一直未能切除。但使高頻停訊，對側高頻保護三相跳閘。該系統保護拒動后，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最末段零序保護定值，保護不能動作，至使故障存在30s 后自動消失。此時電廠發電機負序電流反時限保護因故退出運行，已不能可靠地起到保護作用，這直接威脅機組的安全，如故障不能自動消失，其后果難以預料。

2.3.2 發電廠200 MW汽輪發電機組失磁運行

某發電廠的7號機組在正常運行中突發失磁故障，其瞬時吸收系統無功達200 Mvar。由此致使220 kV 系統中樞母線電壓直接出現急劇下降的情況，并引起220 kV 系統的電壓大幅度搖擺問題。而應該起到必要保護作用的失磁保護卻未能跳閘形成保護作用，好在當時電力系統中無功比較充足，如果當時系統中無功功率不足，則極易引起電網電壓崩潰。

2.3.3 電廠300 MW汽輪發電機組失磁運行

某發電廠4號發電機組（300 MW）進行進相試驗，由于自動勵磁調節器異常，4號發電機組失去勵磁。機組從系統中大量吸收無功功率，使整個地區500 kV 電網出現大面積搖擺。失磁保護雖然投入跳閘，但由于失磁保護電壓閉鎖元件遠離搖擺中心而不能開放，無法將機組從系統中切除。系統振蕩，直到運行人員手動將勵磁系統切換至備用勵磁運行。雖然此次異常沒有造成更為嚴重的后果，但如果失磁的機組是600 MW或更大容量機組，對系統及設備的不良影響將是災難性的。

從實際運行中發生的諸多事故和異常事例可以看出，當系統發生事故、異常情況時，發變組后備保護所起的作用是不可低估的，甚至是不可替代的。如果發變組后備保護配置不合理或不能起到應有的作用，對電力設備和電力系統的危害是極其嚴重的。許多發電機異常保護，如失磁、負序過電流等，它們所起的作用有時是縱差保護所起不到的，此時，其作用與主保護同等重要。運行實踐表明，這些保護的動作概率并不比縱差保護小。

2.4 微機保護特點及微機發變組保護配置

線路微機保護方式得以充分采用，這使得近幾年來的電網運行安全有非常顯著的提升。微機發變組保護能夠達到更高可靠性，并且在整機性能以及抗干擾能力方面，有著更好的表現。采用微機保護裝置可以實現更便捷的升級換代，在系統智能化自檢方面功能更趨于完善。整個保護系統的維護非常簡單，其配置也非常靈活，在對系統進行調試時能夠突出方便簡化等優點。這些保護措施使得整個系統的配置更加靈活，集成度更高，但也使得這些保護措施過于集中。

從目前看，已投入實用化的微機發變組保護的構成均為每套微機保護裝置包含若干個CPU 系統，1個CPU 系統可實現幾個完整的繼電保護功能。一樣的硬件，由不同的軟件實現。雖然生產廠家目前均考慮將主保護分散在各CPU 系統上，并且將同種類型的保護分別放于不同的CPU 系統上，對主保護實現雙重化。但實際運行中如果某一CPU出現異常或某一保護柜因故停用，則必然有多種保護隨之退出，威脅一次設備安全。

3 結束語

綜上所述，發變組是整個電網運行的核心功能單元，其安全性直接決定了整個電網的運行安全，也成為整個電力生產和運營的最重要環節。發變組的安全運行需要微機配置提供穩定支持，微機配置的合理性是決定整個發變組功能表現的主要因素，也是決定性因素，其研究的價值也能夠從此得以體現。其配置的合理性必須將實際應用環節作為一個重要的方面加以充分考慮，同時還要對各種影響環節有具體掌握，這樣才能充分保障整個配置滿足實際的應用需要。