摘 要：電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)是影響電力系統(tǒng)運(yùn)行的一個(gè)關(guān)鍵因素，為了推動(dòng)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，需要對落后的發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)進(jìn)行合理的改造。為了防止電力生產(chǎn)過程中出現(xiàn)重大事故，推動(dòng)智能化電網(wǎng)建設(shè)的進(jìn)程，需要對其進(jìn)行雙重化的改造。本文筆者結(jié)合自身的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析了300MW汽輪發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)的雙重化改造，目的是為發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置的改造提供指導(dǎo)和借鑒。

關(guān)鍵詞：汽輪發(fā)電機(jī)；繼電保護(hù)；雙重化改造；整定計(jì)算

汽輪發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)中占據(jù)重要的地位，對系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性起著舉足輕重的影響。但是由于大型發(fā)電機(jī)的造價(jià)較高且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一旦在運(yùn)行過程中遭到破壞，就會造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，此外對發(fā)電機(jī)故障維修需要耗費(fèi)較長的時(shí)間，因此加大了維修的難度?？梢姡枰獙ξ磳?shí)現(xiàn)保護(hù)雙重化的發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)進(jìn)行雙重化改造，并綜合考慮各個(gè)因素的影響，提高繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置運(yùn)行的準(zhǔn)確性和可靠性。

1 300MW汽輪發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

300MW汽輪發(fā)電機(jī)的繼電保護(hù)系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分，即微機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置、上位機(jī)系統(tǒng)以及線路保護(hù)裝置。這三個(gè)部分共同牽制著發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)的性能，進(jìn)而對整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)行起著至關(guān)重要的影響。

微機(jī)運(yùn)動(dòng)裝置是該系統(tǒng)的核心部件，主要是以CPU分布處理技術(shù)為指導(dǎo)，并且每一個(gè)模片都是在自己單片機(jī)的作用下完成自己的工作。其系統(tǒng)圖如下：

在串行總線的作用下，主CPU實(shí)現(xiàn)對各個(gè)功能模件的管理，并實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的連接。模件負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)的采集、輸入以及輸出控制，并將數(shù)據(jù)傳送給主CPU，同時(shí)通訊模件在多口的RAM總線的支持下，將現(xiàn)場的運(yùn)行情況傳送給相應(yīng)的調(diào)度端，實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場工作運(yùn)行情況的遙控和遙調(diào)。

上位機(jī)是借助工業(yè)控制機(jī)對系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一的管理，主要包括事故打印機(jī)、報(bào)表打印機(jī)以及顯示器等，主要是完成系統(tǒng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)顯示、調(diào)整發(fā)電機(jī)的運(yùn)行負(fù)荷、召喚歷史曲線、事故越限報(bào)警以及報(bào)表打印等工作。

線路保護(hù)裝置分為硬件和軟件兩大部分，其中發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)是獨(dú)立于線路保護(hù)裝置的系統(tǒng)，有著非常重要的作用，具有多重保護(hù)功能。

1.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

300MW汽輪發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)系統(tǒng)在電力系統(tǒng)發(fā)揮了重要的作用，主要是因?yàn)樵撓到y(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢：首先，軟件和硬件結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)模塊化，這樣提高了總線的兼容性，形成了檔次不同和容量不同的裝置，不僅降低了設(shè)計(jì)的難度，還為系統(tǒng)的維護(hù)提供了便利，特別是中斷式工作方式的應(yīng)用，極大了提高了電力系統(tǒng)的運(yùn)行效率；其次，大大的提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，特別是在分布處理技術(shù)的指導(dǎo)下，單個(gè)模片發(fā)生故障不會對整個(gè)系統(tǒng)造成影響，并且在軟件系統(tǒng)的支持下，可以對出現(xiàn)的故障進(jìn)行自動(dòng)回復(fù)，獨(dú)立性和可靠性強(qiáng)；此外，系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)監(jiān)控功能和事故記錄功能，可以實(shí)現(xiàn)對故障的詳細(xì)記錄，并且故障處理程序可以在故障發(fā)生時(shí)，發(fā)出跳閘的命令，大大的減少了人為因素對故障分析的干擾。

1.3 進(jìn)行雙重化改造的必要性

華能井岡山電廠#1機(jī)組于2000年投運(yùn)，其#1發(fā)變組繼電保護(hù)配置為許繼集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的WFB-100微機(jī)型發(fā)變組成套保護(hù)裝置，由于該發(fā)變組保護(hù)裝置運(yùn)行時(shí)間已達(dá)12年，設(shè)備硬件故障不斷發(fā)生，廠家設(shè)備已升級換代，無法滿足現(xiàn)場安全需求，給發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來風(fēng)險(xiǎn)，現(xiàn)有的發(fā)變組保護(hù)無法再維持正常運(yùn)行；而且根據(jù)繼電保護(hù)技術(shù)監(jiān)督要求，發(fā)變組保護(hù)需要雙重化配置，但該套保護(hù)目前為單套配置。因此，為了對電力系統(tǒng)的運(yùn)行提供安全穩(wěn)定的工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對于該300MW汽輪發(fā)電機(jī)的有效保護(hù)，準(zhǔn)確的消除故障，有必要對#1發(fā)變組保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行換型改造。

2 300MW汽輪發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)雙重化改造方案

2.1 300MW汽輪發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)雙重化改造原則

在對300MW汽輪發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)雙重化改造的過程中，要按照國家電網(wǎng)調(diào)度的要求，遵循相應(yīng)的原則，進(jìn)行雙重化的改造配置。

第一，將發(fā)電機(jī)變壓器所有的電氣量保護(hù)都進(jìn)行雙重化配置，第二，各個(gè)配置的保護(hù)裝置之間不用電氣聯(lián)系，第三，要將非電量的保護(hù)裝置設(shè)置為獨(dú)立的電源網(wǎng)絡(luò)，特別低出口的跳閘回路要做到完全獨(dú)立，并將保護(hù)柜上的安裝位置保持獨(dú)立，第四，每一套保護(hù)裝置要設(shè)置獨(dú)立的電壓互感器和電流互感器為交流電壓和交流電流的繞組，實(shí)現(xiàn)保護(hù)范圍的交叉和重疊，避免保護(hù)死區(qū)的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)的有效保護(hù)，第五，差動(dòng)和后備保護(hù)是不可缺少的，二者可以實(shí)現(xiàn)對被保護(hù)設(shè)備各種故障的及時(shí)反映，在故障發(fā)生時(shí)，自動(dòng)的做出跳閘或者是發(fā)出信號的反應(yīng)，第六，兩套完整的電氣量和非電量保護(hù)跳閘回路都能同時(shí)作用于斷路器的兩個(gè)跳閘線圈，第七，為了更好適應(yīng)汽輪發(fā)電機(jī)的雙重保護(hù)裝置，需要將每一臺機(jī)組的斷路器選擇雙跳閘線圈，可以有效的配合相關(guān)回路，這都是遵循了雙重化保護(hù)相互獨(dú)立原則，第八，在雙重化改造的過程中，要綜合考慮設(shè)備運(yùn)行和檢修的安全性，當(dāng)一套保護(hù)出現(xiàn)異常需要檢修時(shí)，不會對其他保護(hù)產(chǎn)生阻礙。

總之，在對300MW汽輪發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)進(jìn)行雙重化改造時(shí)，要避免保護(hù)裝置拒動(dòng)對故障設(shè)備造成進(jìn)一步的損害，同時(shí)也要避免出現(xiàn)為了實(shí)現(xiàn)保護(hù)而導(dǎo)致設(shè)備停運(yùn)，這就需要在進(jìn)行雙重化改造時(shí)，要結(jié)合發(fā)電機(jī)的實(shí)際情況，最大限度的降低經(jīng)濟(jì)損失，提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 300MW汽輪發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)配置

在對300MW汽輪發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)的改造過程中，要結(jié)合實(shí)際情況以及保護(hù)動(dòng)作的性能，在滿足繼電保護(hù)基本要求的基礎(chǔ)上，最大限度的簡化保護(hù)程序且提高保護(hù)性能，選擇經(jīng)濟(jì)有效的配置保護(hù)進(jìn)行雙重化改造。

首先，要對短路保護(hù)配置進(jìn)行改造。在電力系統(tǒng)的運(yùn)行中，短路保護(hù)配置與接線形式的聯(lián)系密切，對于300MW的汽輪發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)中，主要采用的接線方式是單元接線，這就需要結(jié)合繼電保護(hù)技術(shù)規(guī)程，對發(fā)電機(jī)-變壓器組進(jìn)行雙重快速保護(hù)。通過差動(dòng)保護(hù)的雙重化改造，可以有效的降低拒動(dòng)的幾率，實(shí)現(xiàn)對裝置的閉鎖，有效的減少了誤動(dòng)，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。變壓器縱差保護(hù)，可以正確反應(yīng)變壓器外部短路故障，為了正確、及時(shí)的反應(yīng)變壓器內(nèi)部短路故障，選擇裝設(shè)瓦斯保護(hù)。瓦斯保護(hù)分為輕瓦斯保護(hù)和重瓦斯保護(hù)，分別利用開口杯和擋板式原理，反應(yīng)變壓器內(nèi)部的故障程度，確定發(fā)出信號還是將變壓器從系統(tǒng)中切除。

其次，要對接地保護(hù)裝置進(jìn)行雙重化改造。電機(jī)最常見的故障之一是定子繞組的單相接地（定子繞組與鐵芯間絕緣破壞）。由于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)是不接地或經(jīng)高阻接地，所以定子單相接地故障并不引起大的故障電流。但由于大型發(fā)電機(jī)在系統(tǒng)中的重要地位，造價(jià)昂貴，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、檢修困難，所以對大型發(fā)電機(jī)的定子接地電流大小和保護(hù)性能提出了嚴(yán)格的要求，特裝設(shè)發(fā)電機(jī)定子一點(diǎn)接地保護(hù)，根據(jù)接地電流的大小，分別動(dòng)作于信號或停機(jī)。

2.3 300MW汽輪發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)雙重化改造方案

在對300MW汽輪發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)雙重化改造的過程中，需要選擇合適的方案，這就需要結(jié)合發(fā)電機(jī)的性能和工作環(huán)境進(jìn)行綜合的選擇。經(jīng)過考察，井岡山電廠#1發(fā)電機(jī)新繼電保護(hù)選擇了由南京南瑞繼保電氣有限公司生產(chǎn)的RCS-985B型發(fā)電機(jī)變壓器成套保護(hù)裝置，該發(fā)變組保護(hù)由發(fā)變組保護(hù)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ屏配置組成。發(fā)變組保護(hù)Ⅰ、Ⅱ屏各配置RCS-985B裝置作為發(fā)電機(jī)、主變壓器、高廠變的電量保護(hù)；Ⅲ屏配置兩套RCS-974AG2作為發(fā)變組非電量保護(hù)裝置，所有保護(hù)屏均配置一臺打印機(jī)。

利用2012年#1機(jī)組大修的機(jī)會對#1發(fā)變組保護(hù)成功的進(jìn)行了換型。本次改造范圍為#1發(fā)變組保護(hù)裝置（A屏、B屏、C屏及操作繼電器屏），本改造工程A屏、B屏、C屏屏柜整體更換，原有操作繼電器屏不變；大部分利用了原柜體上的外部電纜，長度不夠的電纜采用了轉(zhuǎn)接方式延長，新發(fā)變組保護(hù)實(shí)現(xiàn)了雙重化的配置，

首先，對發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)進(jìn)行雙重化改造。本廠的300MW汽輪發(fā)電機(jī)屬于微機(jī)型發(fā)變組保護(hù)裝置，為了保證回路或者是裝置異常時(shí)有效的進(jìn)行繼電保護(hù)，需要對兩個(gè)屏配置發(fā)電機(jī)的差動(dòng)保護(hù)、主變差動(dòng)保護(hù)以及發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)，確保在一套保護(hù)裝置出現(xiàn)故障時(shí)，另一套還可以正常運(yùn)作，滿足發(fā)電機(jī)各項(xiàng)保護(hù)的雙重化配置。雙重化改造綜合考慮了現(xiàn)場的實(shí)際情況，主變高壓側(cè)斷路器采用兩組跳閘回路，這樣兩個(gè)屏可以同時(shí)啟動(dòng)跳閘線圈。

其次，對TV進(jìn)行雙重化改造。在發(fā)電機(jī)的機(jī)端配置中，有兩組TV，分別接入到兩個(gè)屏中，這樣在一組的TV斷線時(shí)，繼電器會及時(shí)的發(fā)出斷線的信號。在對TV進(jìn)行雙重化改造時(shí)，先進(jìn)行斷線判別，主要是借助電壓平衡進(jìn)行判定，在某一個(gè)TV回去電壓時(shí)，繼電器會及時(shí)的發(fā)出斷線信號。然后可以借助信號進(jìn)行定值整定計(jì)算，進(jìn)而為實(shí)現(xiàn)閉鎖保護(hù)提供重要的依據(jù)。當(dāng)電壓是無零序電壓時(shí)，可以對單組的電壓互感器進(jìn)行TV斷線判別。

再次，對TA雙重化改造。裝置設(shè)有TA飽和判據(jù)，以防止在主變、高廠變區(qū)外發(fā)生故障等狀態(tài)下的TA飽和所引起的比率制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。保護(hù)采用虛擬制動(dòng)量的TA飽和識別專利技術(shù)，既能有效防止區(qū)外故障保護(hù)動(dòng)作，又能保證區(qū)內(nèi)故障及區(qū)外故障發(fā)展成為區(qū)內(nèi)故障時(shí)保護(hù)的快速動(dòng)作。對于TA的異常進(jìn)行判定時(shí)，需要以相差流為依據(jù)，當(dāng)本側(cè)的三相電流中有一相的電流不變或者是最大相的電流小于1.2倍的額定電流以及一相中電流的值為零時(shí)，這就說明TA出現(xiàn)異常。對TA的雙重化改造，需要在出現(xiàn)異常時(shí)，及時(shí)的發(fā)出異常信號，并且對其異常閉鎖差動(dòng)進(jìn)行定值，可以進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)。當(dāng)閉鎖差動(dòng)整定值為零時(shí)，能夠判定出異常但是不會進(jìn)行閉鎖差動(dòng)保護(hù)，當(dāng)整定值為1時(shí)，可以判定出TA異常且進(jìn)行相應(yīng)的閉鎖差動(dòng)保護(hù)。

此外，還需要對發(fā)電機(jī)的匝間保護(hù)進(jìn)行雙重化改造和轉(zhuǎn)子接地保護(hù)改造。轉(zhuǎn)子接地保護(hù)原理包括外加電源及采樣切換原理等，由于測量回路本身內(nèi)阻的影響，不能兩套同時(shí)投入，運(yùn)行時(shí)只能投入一套運(yùn)行，但保護(hù)配置可以按雙重化配置，其中一套正常運(yùn)行時(shí)投入，另一套退出，當(dāng)運(yùn)行的一套轉(zhuǎn)子接地保護(hù)退出時(shí)，可以投入另一套轉(zhuǎn)子接地保護(hù)。

井岡山電廠#1發(fā)變組保護(hù)2012年改造后至今，運(yùn)行情況穩(wěn)定，未出現(xiàn)硬件及軟件問題；證明對該300MW汽輪發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)雙重化改造取得了顯著的成效。通過雙重化改造，避免了故障死區(qū)的出現(xiàn)，能夠及時(shí)對出現(xiàn)的故障進(jìn)行消除，進(jìn)而維持整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行創(chuàng)造了安全穩(wěn)定的工作環(huán)境，大大的提高了系統(tǒng)運(yùn)行的效率，為電廠經(jīng)濟(jì)效益的提高做出了突出的貢獻(xiàn)。

3 結(jié)束語

電力行業(yè)的發(fā)展使得機(jī)組的容量不斷增加，這就要求對電網(wǎng)的繼電保護(hù)工作加強(qiáng)重視，對300MW汽輪發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)雙重化改造已經(jīng)成為電力系統(tǒng)發(fā)展的必然，對發(fā)電機(jī)運(yùn)行故障的維修創(chuàng)造了有利的條件，為電力系統(tǒng)的運(yùn)行提供了穩(wěn)定安全的環(huán)境，大大的提高了電力部門的經(jīng)濟(jì)效益，為我國電力行業(yè)的發(fā)展指明了方向。

[參考文獻(xiàn)]

[1]崔家佩.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)與安全自動(dòng)裝置整定計(jì)算[J].北京：水利電力出版社，2012（05）.

[2]許建安.繼電保護(hù)技術(shù)在汽輪發(fā)動(dòng)機(jī)改造中的應(yīng)用[J].北京：水利電力出版社，2012（07）.

[3]田佳，高厚磊，侯梅毅，武志剛，曹華明.繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程[J].黑龍江科技信息，2010（04）.

[4]程漢蓬，付永民.一種分布式發(fā)電條件下的配電網(wǎng)饋線保護(hù)方案[J].科技廣場，2010（11）.

[5]王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理及應(yīng)用[J].北京：中國電力出版社，2010（19）.

[6]沈全榮，何雪峰，沈儉.大型發(fā)變組微機(jī)保護(hù)雙重化配置探討[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，20112（04）.

[7]華能井岡山電廠繼電保護(hù)運(yùn)行規(guī)程及設(shè)備異動(dòng)報(bào)告.