曹 建 高

(四川省紫坪鋪開發(fā)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(fā)電廠，電廠裝有四臺混流式水輪發(fā)電機組，單機容量190 MW，總裝機容量760 MW，發(fā)變組采用單元接線，1號、2號發(fā)變組，3號、4號發(fā)變組分別組成聯(lián)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(wǎng)重要的電源支撐點，在電網(wǎng)內(nèi)具有調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用的重要作用，因此，發(fā)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(fā)變組保護裝置的采用南瑞繼保公司的RCS-985系列發(fā)變組保護。每臺機組按發(fā)變組單元配置兩面保護柜，A柜為發(fā)變組保護RCS-985A裝置，B柜為發(fā)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(wěn)定運行。

1 發(fā)變組保護裝置運行現(xiàn)狀及其改造的必要性

南瑞繼保公司的RCS-985系列發(fā)變組保護裝置在我廠自2005年投運以來，運行穩(wěn)定，保護動作可靠，對機組安全穩(wěn)定運行及故障的及時切除、分析等方面發(fā)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(fā)揮發(fā)變組保護可靠性、速動性、靈敏性，選擇性等優(yōu)越性能，根據(jù)《DL/T 587-2007 微機繼電保護裝置運行管理規(guī)程》及《四川省電力公司電網(wǎng)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(guī)定，逐步對廠內(nèi)4臺發(fā)變組保護裝置進行升級改造顯得尤為重要。

2 系統(tǒng)組成及改造項目

2.1 裝置選擇

本次發(fā)變組保護裝置改造采用南瑞繼保公司PCS系列產(chǎn)品，不僅繼承了RCS-985 系列發(fā)電機變壓器組保護的所有優(yōu)點，并在保護判據(jù)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(fā)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(tǒng)組成

改造后的發(fā)變組保護裝置保留原有的兩面屏，整個系統(tǒng)由保護裝置、打印機、保護聯(lián)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(fā)電廠發(fā)變組保護裝置改造前后系統(tǒng)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?！碧l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(fā)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(xiàn)需在接地變內(nèi)新增CT、隔離變等相關配件。

(2)發(fā)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(fā)變組保護A屏。

2.3.4 引入時鐘同步系統(tǒng)

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

3 改造后的主要成果

(1)PCS-985系列發(fā)變組保護裝置，它繼承了RCS-985 系列發(fā)變組保護的優(yōu)點，可支持常規(guī)互感器或電子式互感器輸入，支持電力行業(yè)通訊標準DL/T667-1999、Modbus 通訊規(guī)約和新一代通訊標準IEC61850。支持網(wǎng)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(wǎng)口通信需增加通信轉換裝置的缺點。

(2)支持離線和在線調(diào)試兩種模式，調(diào)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(shù)據(jù)，減小工作量。菜單式操作，避免了RCS-985 系列發(fā)變組保護裝置相對繁瑣的操作。

(3)PCS-985系列發(fā)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(tǒng)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(tǒng)的部分軟件或硬件故障也不影響該系統(tǒng)其它部分的正常工作。改造后，維護成本大幅降低，裝置穩(wěn)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(nèi)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(xiàn)有裝置配置一致，很好的克服了現(xiàn)場實際條件、發(fā)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(qū)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(jù)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(jīng)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(fā)電機注入式定子接地保護。當發(fā)電機定子繞組發(fā)生接地故障，注入的電壓、電流信號隨之發(fā)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(fā)電機100%的定子繞組單相接地。具有以下優(yōu)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(fā)電機的工頻、分數(shù)次諧波、整數(shù)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(fā)電機運行工況的影響，在發(fā)電機靜止、起停過程、空載運行、并網(wǎng)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(jù)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(shù)，直接進行現(xiàn)場模擬接地故障試驗即可完成參數(shù)補償。

(7)增加了發(fā)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(fā)電機轉子對大軸絕緣電阻的下降。具有以下優(yōu)點：

①注入電源更加簡單可靠，接線方式靈活，可根據(jù)現(xiàn)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(tǒng)一。采用自適應有源切換技術，注入電源的頻率自適應調(diào)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(tài)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(jù)一點接地位置的變化實現(xiàn)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(jù)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(fā)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(fā)變組保護電壓、電流采樣值檢查，保護整組試驗(發(fā)電機不完全差動1保護試驗、發(fā)電機不完全差動2保護試驗、發(fā)電機裂相橫差動保護試驗、發(fā)電機匝間保護試驗、發(fā)電機相間后備保護試驗、發(fā)電機定子接地保護試驗、發(fā)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(fā)電機失磁保護試驗、發(fā)電機過電壓保護試驗、發(fā)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(lián)動試驗，空載試驗及并網(wǎng)試驗等，各項試驗數(shù)據(jù)均滿足試驗標準要求。

5 結 語

紫坪鋪水力發(fā)電廠發(fā)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(fā)變組設備的可靠監(jiān)測和保護。新增的注入式定子接地保護，除了能實現(xiàn)原有100%定子接地無死區(qū)保護而外，還能對發(fā)電機的電機靜止、起停過程、空載運行、并網(wǎng)運行等各種工況進行定子絕緣監(jiān)視，對發(fā)電機接地電流進行實時監(jiān)測限制，避免不必要的機組停機，避免了傳統(tǒng)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(qū)。更加人性化的人機交互功能和更加完善的保護邏輯判據(jù)既滿足了繼電保護技術監(jiān)督、反措和各項相關技術標準的規(guī)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(diào)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(fā)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。