PCS-985GW 水輪發電機差動保護分析

張澤林，孫冠程，黃紹鋒*

（1.西藏開投果多水電有限公司，西藏 昌都 854000；2.山東省濰坊市坊子區水利事業發展中心，山東 濰坊 261206）

在所有電氣元件的保護中，發電機的保護是最復雜的，它遠遠比變壓器及線路的保護復雜、煩瑣。發電機需要監測的電氣參數量較多，不僅需要監測一般電流、電壓等電氣量參數，同時還需要監測這些參數的序分量，如正序分量、負序分量等。雖然監測數據眾多，然而發電機的主保護仍然是差動保護，這是由于發電機差動保護可以非常好地表現地區內部問題故障與地區外界問題故障的問題。

1 發電機保護系統設備的組成及原理

1.1 果多電站發電機保護系統的組成

果多電站每臺發電機配置兩套PCS-985GW 發電機保護裝置，發電機保護A 套包含1 臺PCS-985GW 電氣量保護和1 臺PCS-974A-G 非電氣量保護，組屏于發電機保護A 柜，發電機保護B 套包含1 臺PCS-985GW 電氣量保護，組屏于發電機保護B柜。另外配置2套PCS-985RE注入式轉子接地保護，安裝于勵磁系統滅磁電阻柜內。

1.2 PCS-985GW 的工作原理

PCS-985GW 設備有2 個相對獨立存在的DSP板，依次是保護DSP 板與啟動DSP 板，選取使用“與電路”的對外出口模式，如圖1 所示，2 個DSP 板都具備相對獨立存在的采樣收集與對外出口工作應用電路。工作電流、工作電壓等，第一步經過隔絕互感控器設備、隔絕放大作用設備等，傳變到了二次側，逐漸發展成為小工作電流與小工作額定電壓數據信號，之后依次進入到保護DSP 板與開啟DSP 板。保護DSP 板里，具體實現保護的分析邏輯思維判定與跳閘對外出口作用功能；開啟DSP 板內部，設置總開啟元部件設備，開啟后對外公開出口繼電控制器設備的正工作電源。2個DSP 板相互之間展開及時在線數據信息互相溝通，完成非常嚴厲的互相檢測與自主檢查，任何一個DSP板發生問題，設備會迅速閉鎖并且自動報警，嚴令拒絕硬件組成設施問題故障引發的誤動。

圖1 保護硬件結構框圖

2 比率縱連差動保護的原理及邏輯圖

2.1 差動保護的原理

2.2 比率縱連差動保護動作特性（圖2）

圖2 比率縱連差動保護特性

2.3 高值比率縱連差動保護原理

為了避開地區內部嚴重問題故障的時候，工作電流互感控制器設備因為充分飽和等影響因素引發的比率差動保護產生延時作用動作，設備一般設置了一系列高比率的差動保護，穩態高數值比率差動的動作運算方程式，具體如下所示：

公式中：Ir 和Id 選取方式和上面一致。

2.4 差動保護跳閘邏輯圖及CT 邏輯圖（圖3、圖4）

圖3 差動保護跳閘邏輯圖

圖4 發電機差動保護CT 邏輯圖

3 差動保護整定值的計算

3.1 相關保護定值計算

根據基礎參考資料發電機組系數，對發電機比率差動保護定數值展開運算與復核。系數具體見表1。

表1 發電機的重要參數

（1）發電機一次側額定電流。額定電流=額定功率/1.732*額定電壓*功率因數=40*1000/1.732*10.5*0.85=2587；發電機二次側額定電流。二次側額定電流=一次側額定電流/發電機工作電流互感器設備變比=2587/4000=0.65。

（2）發電機比率差動保護差動工作電流起始有效數值Icdqd 的整定數值運算。Icdqd 是發電機差動保護動作的最低有效數值，應該按照躲過正常發電機額定荷載時候的最大不均衡工作電流展開整定運算：

在計算方程式里：If2n 是發電機二次側的額定工作電流，Krel 是可靠參數，通常為1.5；根據DL/T 684—2012 《大型發電機變壓器繼電保護整定計算導則》：現實情況下，能夠選取Icdqd＝（0.1~0.3）If2n＝0.3If2n，思考穩定性、持續性等影響因素，選取為0.3 倍額定工作電流。

（3）變斜率比率縱連差動保護斜率定值計算。比率縱連差動保護起始斜率：

在計算方程式里：Kcc 是互感控制器設備的同型參數，選取為0.5；Ker 是互感控制器設備的有效偏差參數，選取為0.1；Krel 為保護可靠動作系數，依據DL/T 684—2012《大型發電機變壓器繼電保護整定計算導則》取1.0～2.0；Kbl1 依據DL/T 684—2012《大型發電機變壓器繼電保護整定計算導則》取0.05～0.10。

比率縱連差動保護起始斜率：Kbl1=Krel*Kcc*Ker=0.5×0.1×2=0.1，比率縱連差動保護起始斜率Kbl1＝0.1，為提高安全性、可靠性，比率縱連差動保護最大斜率Kbl2 一般取推薦定值Kbl2=0.5。

3.2 差動保護性能指標（表2）

表2 差動保護性能指標

3.3 現場實際差動保護定值（表3）

表3 現場實際差動保護定值

4 發電機差動保護動作的處理方法

4.1 故障信息

（1）上位機語音系統報差動保護動作。

（2）設備機組意外突發事故跳閘停機，事故光字牌點亮。

（3）監控畫面發電機出口斷路器斷開、指示燈由紅色變為綠色。

（4）有功、無功、機組電流等數值顯示為0。

（5）現場內發電機因突然甩負荷從而發出異常聲響。

4.2 及時報送調度及廠內領導

（1）XX 電站，姓名，時間，報警信號，故障信息，我站xx 機組與系統解列。

（2）通知24 h 維護人員進廠查看情況。

（3）向運維部、安生部領導匯報現象、征詢意見并說明可能造成的后果。

（4）向公司領導匯報現象、處理過程。

4.3 發電機保護自動跳閘后，運行值班人員的處理辦法

（1）監視跳閘機組的停機過程是否正常。

（2）監視其他運行設備潮流分布是否正常，修改調配未跳閘設備機組的各系數數值，使其加速運行工作正常，轉化載荷。

（3）根據機組差動保護動作的情況和機組故障錄波的信息判斷故障類型，并根據其類型分別作相應處理。

（4）事故處理結束后，等待調度指令，復歸故障信息，編寫故障處理報告等。

5 結論

發電機差動保護想要準確動作，關鍵的是專業工作管理者要針對其展開耐心保護與準確整定運算，在防止誤動作的前提下，提高保護靈敏度是繼電保護專業組工作者需要具有的基礎專業應用技術，增強對繼電保護原理的學習與提升實際現場真實操控，才可以預防保護設備誤動作意外突發事件的產生，才能保障機組可靠穩定的運行。