鄒祥杰

【摘 要】進(jìn)口發(fā)電機(jī)-變壓器組原廠配置的傳統(tǒng)電磁型繼電保護(hù)早已退出繼電保護(hù)市場(chǎng)，需升級(jí)為更快速、更靈敏、更可靠的微機(jī)型發(fā)變組保護(hù)。就國產(chǎn)微機(jī)型發(fā)變組保護(hù)與國外微機(jī)型發(fā)變組保護(hù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較，闡述選擇國產(chǎn)微型機(jī)發(fā)變組保護(hù)的可行性。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電機(jī)-變壓器組 微機(jī)保護(hù) 換型

【中圖分類號(hào)】F224-39【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A【文章編號(hào)】1672-5158（2013）07-0404-02

一、 前言

基于數(shù)字計(jì)算機(jī)和實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)的電力系統(tǒng)繼電保護(hù)被稱為數(shù)字式繼電保護(hù)，又常被稱為微機(jī)保護(hù)[2]。本廠600MW發(fā)變組保護(hù)由日本原主機(jī)制造廠配置的電磁型繼電器組成，采用了分體設(shè)計(jì)思想，目前該類型繼電器已停止生產(chǎn)。由于微型計(jì)算機(jī)技術(shù)地快速發(fā)展，使得傳統(tǒng)的電磁型繼電器早已退出保護(hù)市場(chǎng)，故存在保護(hù)事故備品難以配置齊全和價(jià)格偏貴的問題比較突出。為此，亟待將原有的發(fā)變組電磁型保護(hù)升級(jí)改造為更快速、更靈敏、更可靠的微機(jī)型保護(hù)。

二、發(fā)變組保護(hù)換型的必要性和可行性

（一） 必要性

1、 經(jīng)過咨詢，日本原主機(jī)制造廠可利用現(xiàn)有庫存的配件定做部分繼電器的備品，但無法提供同期裝置及同期繼電器的備品。預(yù)估造價(jià)折合人民幣已超過一百萬元，另有兩種型號(hào)的繼電器不含在此報(bào)價(jià)中。考慮到原廠發(fā)變組保護(hù)的備品缺乏，故擬將目前原廠電磁型發(fā)變組保護(hù)逐臺(tái)更換為微機(jī)保護(hù)。

2、 目前，本廠主變壓器仍采用日本原廠配置的單套保護(hù)，不滿足國電公司2002年138號(hào)文件25點(diǎn)反措要求“大機(jī)組必須按照雙重化配置，即：發(fā)電機(jī)、主變及高廠變具有兩套完整的的主保護(hù)、后備保護(hù)”及國家電網(wǎng)生計(jì)[2005]400號(hào)文件的最新十八項(xiàng)電網(wǎng)重大反事故措施要求[1]。

3、 另根據(jù)本廠、省調(diào)、設(shè)計(jì)院聯(lián)合審查圖紙的會(huì)議紀(jì)要，應(yīng)增設(shè)發(fā)電機(jī)組橫差保護(hù)。

（二） 可行性

微機(jī)保護(hù)具有靈敏度高、可靠性強(qiáng)、維護(hù)調(diào)試方便、性價(jià)比優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，技術(shù)已非常成熟。目前，國內(nèi)外大型發(fā)變組保護(hù)配置和技術(shù)改造升級(jí)時(shí)普遍采用微機(jī)保護(hù)。微機(jī)保護(hù)在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

三、 國內(nèi)發(fā)變組微機(jī)保護(hù)硬件配置情況

（一） 國內(nèi)發(fā)變組微機(jī)保護(hù)主要硬件采用情況。

目前，國內(nèi)發(fā)變組微機(jī)保護(hù)采用航空產(chǎn)品級(jí)印刷電路板，印制板上選取的芯片均為進(jìn)口軍品級(jí)芯片，大部分芯片為美國制造，經(jīng)過嚴(yán)格的篩選和老化后，在生產(chǎn)線上生產(chǎn)加工成保護(hù)裝置的各種插件。其中部分邏輯芯片采用日本、韓國生產(chǎn)的產(chǎn)品。繼電器世界知名廠家產(chǎn)品，如松下電工、歐姆龍等。屏柜端子一般采用德國鳳凰系列端子。

（二） 國內(nèi)與國外發(fā)變組微機(jī)保護(hù)核心硬件結(jié)構(gòu)的區(qū)別

國內(nèi)發(fā)變組微機(jī)保護(hù)均采用雙CPU結(jié)構(gòu)，“與門”出口方式，徹底杜絕了任何硬件損壞導(dǎo)致的誤動(dòng)。

國外發(fā)變組微機(jī)保護(hù)大多采用單CPU結(jié)構(gòu)，易受干擾誤動(dòng)。

（三） 國內(nèi)與國外發(fā)變組微機(jī)保護(hù)設(shè)計(jì)構(gòu)思的區(qū)別

國外發(fā)變組微機(jī)保護(hù)采用分體設(shè)計(jì)構(gòu)思，一套發(fā)變組保護(hù)由很多保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)，存在現(xiàn)場(chǎng)接線復(fù)雜，CT需要串接，PT需要并接，二次回路故障幾率大大增加。

國內(nèi)發(fā)變組微機(jī)保護(hù)采用主后一體化設(shè)計(jì)或主后分離構(gòu)思，雙主雙后，將一個(gè)發(fā)變組單元的全套電量保護(hù)集成在一套或兩套裝置中。對(duì)于一個(gè)發(fā)變組單元，配置雙套完整的電氣量保護(hù)，每套保護(hù)裝置采用不同組CT，均有獨(dú)立的出口跳閘回路。一體化設(shè)計(jì)，CT不需要串接，PT不需要并接，大大簡化了回路，CT回路斷線幾率大大降低，由于裝置數(shù)量少，誤動(dòng)的幾率也降低。

四、 國內(nèi)與國外發(fā)變組微機(jī)保護(hù)原理差異的簡單比較

（一） 差動(dòng)保護(hù)原理

國外ABB發(fā)變組保護(hù)差動(dòng)保護(hù)采用標(biāo)積制動(dòng)原理，該原理的制動(dòng)特性不能很好的與差流不平衡電流的特征曲線相配合，在區(qū)內(nèi)某些故障情況下存在拒動(dòng)的可能，保護(hù)的靈敏度不高。GE和SIMENS發(fā)電機(jī)保護(hù)均采用常規(guī)差動(dòng)保護(hù)原理，檢測(cè)發(fā)電機(jī)區(qū)內(nèi)輕微故障的靈敏度有限，其靈敏度受過渡電阻的影響。

國內(nèi)發(fā)變組微機(jī)保護(hù)采用常規(guī)差動(dòng)保護(hù)原理同時(shí)，部分保護(hù)廠家（如南瑞繼保）采用了工頻變化量差動(dòng)保護(hù)新原理，消除了正常負(fù)荷電流的影響，削弱了過渡電阻對(duì)差動(dòng)保護(hù)靈敏度的影響，大大提高了區(qū)內(nèi)輕微故障的靈敏度。此外，還采用變斜率比率差動(dòng)保護(hù)新原理，能夠很好的跟不平衡電流曲線相配合，在區(qū)內(nèi)故障時(shí)保證最大的靈敏度，在區(qū)外故障時(shí)可以躲過暫態(tài)不平衡電流[3]。

（二） 防止區(qū)外故障CT飽和導(dǎo)致的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)措施

國外發(fā)變組保護(hù)采用附加制動(dòng)區(qū)的辦法來躲區(qū)外故障CT飽和或傳變特性不一致，該原理在區(qū)外轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)故障時(shí)差動(dòng)保護(hù)延緩動(dòng)作，不利于快速切除故障。

國內(nèi)發(fā)變組微機(jī)保護(hù)均具有完善的異步法CT飽和判據(jù)，根據(jù)差動(dòng)保護(hù)制動(dòng)電流工頻變化量與差電流工頻變化量的關(guān)系，明確區(qū)分區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障，如判出區(qū)外故障，投入相電流、差電流的波形識(shí)別判據(jù)，區(qū)外故障CT飽和不誤動(dòng)，區(qū)內(nèi)故障CT飽和，裝置快速動(dòng)作。在區(qū)外轉(zhuǎn)區(qū)內(nèi)故障時(shí)，差動(dòng)保護(hù)仍然能夠快速動(dòng)作。

（三） 橫差保護(hù)

國外發(fā)變組保護(hù)橫差保護(hù)不具有制動(dòng)特性，定值門檻整定偏高，保護(hù)的靈敏度偏低。

國內(nèi)發(fā)變組微機(jī)保護(hù)采用相電流比率制動(dòng)式高靈敏度橫差保護(hù)新原理，保護(hù)定值可以安全降低，橫差電流定值只需按躲過正常運(yùn)行時(shí)不平衡基波電流整定，區(qū)內(nèi)故障靈敏動(dòng)作，區(qū)外故障可靠制動(dòng)，大大提高了保護(hù)的靈敏度。

（四） 縱向零序電壓匝間保護(hù)

國外發(fā)變組微機(jī)保護(hù)縱向零序電壓匝間保護(hù)不具有制動(dòng)特性，需要經(jīng)負(fù)序功率方向元件閉鎖，保護(hù)的靈敏度偏低。且由于負(fù)序功率方向元件在外部三相短路暫態(tài)過程中和頻率偏離額定值時(shí)可能會(huì)誤判，導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。

國內(nèi)發(fā)變組微機(jī)保護(hù)采用綜合電流制動(dòng)匝間保護(hù)新原理，該判據(jù)本身就能可靠區(qū)分區(qū)內(nèi)、外故障，無需經(jīng)負(fù)序功率方向元件閉鎖，縱向零序電壓匝間保護(hù)只需按躲過正常運(yùn)行時(shí)不平衡基波電壓整定，區(qū)內(nèi)故障時(shí)靈敏動(dòng)作，區(qū)外故障時(shí)保護(hù)可靠制動(dòng)，大大提高了匝間保護(hù)的靈敏度。

（五） 轉(zhuǎn)子接地保護(hù)

1、轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)

ABB采用外加交流電源式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)原理，該原理的計(jì)算精度受轉(zhuǎn)子繞組對(duì)地電容的影響，保護(hù)的靈敏度不高，大概在30K左右。

國內(nèi)發(fā)變組微機(jī)保護(hù)可提供兩種轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)原理供用戶選擇，分別為乒乓式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)原理和有源切換采樣式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)原理。兩種原理均不受轉(zhuǎn)子繞組對(duì)地電容的影響，能精確測(cè)量轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地電阻，保護(hù)的靈敏度高達(dá)80k，且與轉(zhuǎn)子接地位置無關(guān)。

2、轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)

國外發(fā)變組保護(hù)均沒有設(shè)置轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)原理，無法提供對(duì)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地故障的保護(hù)。

國內(nèi)發(fā)變組微機(jī)保護(hù)可提供兩種轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)原理，一種是利用轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地位置的變化量構(gòu)成的轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)原理；另一種是利用發(fā)電機(jī)定子電壓二次諧波負(fù)序分量實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)原理。

（六） 失磁保護(hù)

國外發(fā)變組保護(hù)的失磁判據(jù)比較單一，沒有轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)，失磁保護(hù)的可靠性不高。

國內(nèi)發(fā)變組微機(jī)保護(hù)的失磁保護(hù)采用開放式失磁保護(hù)方案，阻抗判據(jù)、母線低電壓判據(jù)、轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)、逆無功判據(jù)、減出力判據(jù)可以根據(jù)需要自由組合，大大提高了失磁保護(hù)的可靠性。

五、結(jié)論

根據(jù)以上綜合分析，可以得出以下結(jié)論

1. 國內(nèi)和國外的發(fā)變組微機(jī)保護(hù)在硬件配置方面對(duì)比，區(qū)別不大；保護(hù)功能及原理配置方面對(duì)比，國內(nèi)的發(fā)變組微機(jī)保護(hù)優(yōu)于國外的發(fā)變組微機(jī)保護(hù)，宜優(yōu)先考慮采用國內(nèi)的發(fā)變組微機(jī)保護(hù)；

2. 從經(jīng)濟(jì)方面比較，采用國內(nèi)的發(fā)變組微機(jī)保護(hù)將大大節(jié)約成本；

3. 在考慮廠房內(nèi)發(fā)變組保護(hù)換型時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮主變保護(hù)雙重配置的改善，防止在主變低壓側(cè)加裝CT或重復(fù)投資的現(xiàn)象發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

[1] 國家電力公司.《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》. 2002.

[2] 楊奇遜，黃少鋒.《微型機(jī)繼電保護(hù)基礎(chǔ)》.第2版.北京：中國電力出版社，2005

[3] 南瑞繼保電氣有限公司.《600MW機(jī)組發(fā)電機(jī)、變壓器保護(hù)技術(shù)方案》，2005