王躍豪

（中電（商丘）熱電有限公司，河南商丘 476000）

電網(wǎng)安全運(yùn)行取決于多個影響因素，對發(fā)變機(jī)組進(jìn)行有效保護(hù)是從電力生產(chǎn)的源頭對整個電網(wǎng)安全進(jìn)行控制，是非常重要的管理環(huán)節(jié)。在實(shí)際的管控中，需要通過合理配置微機(jī)的方式來強(qiáng)化其安全管理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個電網(wǎng)安全運(yùn)營目標(biāo)。這些配置工作需要充分考慮實(shí)際的運(yùn)營情況和安全需求，在一些相關(guān)安全的基本功能參數(shù)上要通過合理優(yōu)化配置，才能最終形成一個較為合理的運(yùn)營條件。而這些都會具體反映在發(fā)變組的微機(jī)配置上，進(jìn)而形成安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。

1 發(fā)變組應(yīng)用現(xiàn)狀概述

隨著我國制造業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，對電力能源的需求直線上升，這對于整個電力產(chǎn)業(yè)建設(shè)是一個非常重要的激勵，加之國內(nèi)在大容量電機(jī)組的設(shè)計與制造水平快速提高，具備更好經(jīng)濟(jì)效益的大容量發(fā)電機(jī)組得以大量生產(chǎn)并持續(xù)投入運(yùn)營。這極大地緩解了用電壓力，但同時對電網(wǎng)安全運(yùn)行也構(gòu)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(jìn)行優(yōu)化和完善，形成最有效和穩(wěn)定的保障效果。

從目前我國的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)情況來看，采用微機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行全面管理已經(jīng)成為基本的模式，這種將信息系統(tǒng)引入電網(wǎng)系統(tǒng)功能管理的方式和方法已經(jīng)成為主流的選擇方式，并為整個電力建設(shè)提供了非常有力的支持作用。構(gòu)成發(fā)變組的發(fā)電機(jī)和變壓器經(jīng)過微機(jī)的協(xié)調(diào)和控制，能夠使得整個系統(tǒng)的運(yùn)行可以處于穩(wěn)定的狀態(tài)，通過合理配置各配電系統(tǒng)的參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對整個電網(wǎng)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(wǎng)的運(yùn)行效果有著非常重要的影響。

2 微機(jī)發(fā)變組配置對電網(wǎng)安全運(yùn)行效能的提升研究

總的來說，發(fā)變組主要由2種設(shè)備組成，即發(fā)電機(jī)和變壓器，發(fā)變組可以看作是發(fā)電系統(tǒng)的基本單元。發(fā)變組系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)設(shè)計是發(fā)電機(jī)出線接升壓變壓器，并接入到低壓側(cè)的線圈上，通過升壓變壓器進(jìn)行有效升壓后，才能與母線連接，最后與電網(wǎng)并網(wǎng)。發(fā)變組是整個發(fā)電廠最核心的部分，其安全穩(wěn)定運(yùn)行是整個電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的最根本保障。基于此，對相關(guān)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(jī)發(fā)變組保護(hù)合理配置的必要性

分析發(fā)變組安全風(fēng)險因素，隨著發(fā)電機(jī)的容量持續(xù)增大，機(jī)組本身的熱容量必然降低，包括發(fā)電機(jī)組的定子和轉(zhuǎn)子，實(shí)際的負(fù)荷能力會有程度不同的下降。這些情況會造成繼電保護(hù)系統(tǒng)的整體運(yùn)營效能面臨了更大的挑戰(zhàn)，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(fā)電機(jī)組確保運(yùn)行安全的同時，還可以發(fā)揮其過負(fù)荷性能，就需要對系統(tǒng)的反時限特性實(shí)施過負(fù)荷保護(hù)條件下的優(yōu)化配置。根據(jù)發(fā)電量增大條件，其實(shí)際參數(shù)也要做出必要的調(diào)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(jié)果：一是發(fā)電機(jī)短路能力會有所降低，使得保護(hù)靈敏性的要求必須顯著提升；二是發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)系數(shù)降低，當(dāng)系統(tǒng)遭受各種擾動，發(fā)電機(jī)出現(xiàn)低勵故障問題，系統(tǒng)非常容易發(fā)生靜態(tài)失穩(wěn)問題；三是發(fā)電機(jī)異步轉(zhuǎn)矩會顯著下降，由此出現(xiàn)機(jī)組失磁以及運(yùn)行滑差增大等問題，此時發(fā)電機(jī)組需要更加完善的保護(hù)。

2.2 發(fā)變組保護(hù)配置的原則

按照目前國家《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》中明確的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，電廠在進(jìn)行發(fā)變組建設(shè)時需要對整個發(fā)電機(jī)的主保護(hù)、定子過負(fù)荷、轉(zhuǎn)子過負(fù)荷、失磁等保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)有嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。對發(fā)電量超過100 MW 的發(fā)電機(jī)，確保發(fā)電機(jī)和變壓器組能夠共同使用縱聯(lián)差動保護(hù)，同時，發(fā)電機(jī)本身還需要加裝獨(dú)立差動保護(hù)裝置。對發(fā)電量為200～300 MW 的發(fā)電機(jī)變壓器組，可以考慮對變壓器進(jìn)行縱聯(lián)差動保護(hù)等必要措施，實(shí)施雙重快速保護(hù)設(shè)置，提高整個系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。對發(fā)電量超過300 MW 的發(fā)電機(jī)變壓器組，必須按要求設(shè)置雙重快速保護(hù)系統(tǒng)，通過加裝縱聯(lián)差動保護(hù)等方式，實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)和變壓器組的全面保護(hù)作用。對發(fā)電量超過100 MW 的發(fā)電機(jī)，必須按要求加裝保護(hù)區(qū)，實(shí)現(xiàn)定子的完全接地保護(hù)。

同時，針對發(fā)電機(jī)外短路及主保護(hù)的后備選擇保護(hù)措施，必須對其進(jìn)行相應(yīng)的保護(hù)配置。具體來說，對于容量超過50 MW 的發(fā)電機(jī)，需要加裝負(fù)序過電流保護(hù)元，提高其對負(fù)電流的過載影響，還要加裝單元件過電流保護(hù)，對低壓啟動過程中產(chǎn)生的過電流風(fēng)險進(jìn)行必要的防控。對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子負(fù)序電流承載能力的判定，其基本方式就是通過I2·t ≤A 進(jìn)行判斷。對于系統(tǒng)中的那些不對稱負(fù)荷情況以及非全相運(yùn)行和外部短路導(dǎo)致負(fù)序電流情況，要嚴(yán)格根據(jù)發(fā)電機(jī)過負(fù)荷保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行裝設(shè)。超過100 MW 且電流小于10 A 的發(fā)電機(jī)，需要根據(jù)定時限與反時限轉(zhuǎn)子過負(fù)荷情況設(shè)置具體的保護(hù)系統(tǒng)。

發(fā)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(hù)裝置進(jìn)行針對性防護(hù)。對于容量不足100 MW 的發(fā)電機(jī)，禁止在失磁狀態(tài)下運(yùn)行，裝設(shè)有半導(dǎo)體勵磁系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)，需加設(shè)專用保護(hù)裝置進(jìn)行失磁保護(hù)。對容量在600 MW 及以上的發(fā)電機(jī)，失磁保護(hù)的方式可選擇雙重保護(hù)措施。這些具體的防護(hù)要求，需要充分結(jié)合電網(wǎng)與微機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)進(jìn)行保護(hù)設(shè)計，通過對微機(jī)系統(tǒng)的配置進(jìn)行合理優(yōu)化，將各種保護(hù)措施整合起來，形成一個完善的保護(hù)體系，對整個發(fā)變組的安全運(yùn)營有非常大的促進(jìn)作用。

2.3 對幾個電網(wǎng)事故案例的分析

近些年來，由于電廠機(jī)組更新，相關(guān)配套建設(shè)和輔助保護(hù)措施未能及時跟進(jìn)，電網(wǎng)故障問題時有發(fā)生。通過研究這些具有典型特點(diǎn)的故障問題，對通過微機(jī)進(jìn)行合理配置參數(shù)的基本規(guī)律和必要保護(hù)措施選擇有很大幫助。發(fā)變組的保護(hù)措施是必不可少的，且必須充分發(fā)揮作用，才能從根本上有效形成對整個電網(wǎng)安全運(yùn)行的全面保障效果。

2.3.1 220 kV電網(wǎng)A相故障繼電保護(hù)裝置異常動作

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

2.3.2 發(fā)電廠200 MW汽輪發(fā)電機(jī)組失磁運(yùn)行

某發(fā)電廠的7號機(jī)組在正常運(yùn)行中突發(fā)失磁故障，其瞬時吸收系統(tǒng)無功達(dá)200 Mvar。由此致使220 kV 系統(tǒng)中樞母線電壓直接出現(xiàn)急劇下降的情況，并引起220 kV 系統(tǒng)的電壓大幅度搖擺問題。而應(yīng)該起到必要保護(hù)作用的失磁保護(hù)卻未能跳閘形成保護(hù)作用，好在當(dāng)時電力系統(tǒng)中無功比較充足，如果當(dāng)時系統(tǒng)中無功功率不足，則極易引起電網(wǎng)電壓崩潰。

2.3.3 電廠300 MW汽輪發(fā)電機(jī)組失磁運(yùn)行

某發(fā)電廠4號發(fā)電機(jī)組（300 MW）進(jìn)行進(jìn)相試驗(yàn)，由于自動勵磁調(diào)節(jié)器異常，4號發(fā)電機(jī)組失去勵磁。機(jī)組從系統(tǒng)中大量吸收無功功率，使整個地區(qū)500 kV 電網(wǎng)出現(xiàn)大面積搖擺。失磁保護(hù)雖然投入跳閘，但由于失磁保護(hù)電壓閉鎖元件遠(yuǎn)離搖擺中心而不能開放，無法將機(jī)組從系統(tǒng)中切除。系統(tǒng)振蕩，直到運(yùn)行人員手動將勵磁系統(tǒng)切換至備用勵磁運(yùn)行。雖然此次異常沒有造成更為嚴(yán)重的后果，但如果失磁的機(jī)組是600 MW或更大容量機(jī)組，對系統(tǒng)及設(shè)備的不良影響將是災(zāi)難性的。

從實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生的諸多事故和異常事例可以看出，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生事故、異常情況時，發(fā)變組后備保護(hù)所起的作用是不可低估的，甚至是不可替代的。如果發(fā)變組后備保護(hù)配置不合理或不能起到應(yīng)有的作用，對電力設(shè)備和電力系統(tǒng)的危害是極其嚴(yán)重的。許多發(fā)電機(jī)異常保護(hù)，如失磁、負(fù)序過電流等，它們所起的作用有時是縱差保護(hù)所起不到的，此時，其作用與主保護(hù)同等重要。運(yùn)行實(shí)踐表明，這些保護(hù)的動作概率并不比縱差保護(hù)小。

2.4 微機(jī)保護(hù)特點(diǎn)及微機(jī)發(fā)變組保護(hù)配置

線路微機(jī)保護(hù)方式得以充分采用，這使得近幾年來的電網(wǎng)運(yùn)行安全有非常顯著的提升。微機(jī)發(fā)變組保護(hù)能夠達(dá)到更高可靠性，并且在整機(jī)性能以及抗干擾能力方面，有著更好的表現(xiàn)。采用微機(jī)保護(hù)裝置可以實(shí)現(xiàn)更便捷的升級換代，在系統(tǒng)智能化自檢方面功能更趨于完善。整個保護(hù)系統(tǒng)的維護(hù)非常簡單，其配置也非常靈活，在對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試時能夠突出方便簡化等優(yōu)點(diǎn)。這些保護(hù)措施使得整個系統(tǒng)的配置更加靈活，集成度更高，但也使得這些保護(hù)措施過于集中。

從目前看，已投入實(shí)用化的微機(jī)發(fā)變組保護(hù)的構(gòu)成均為每套微機(jī)保護(hù)裝置包含若干個CPU 系統(tǒng)，1個CPU 系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)幾個完整的繼電保護(hù)功能。一樣的硬件，由不同的軟件實(shí)現(xiàn)。雖然生產(chǎn)廠家目前均考慮將主保護(hù)分散在各CPU 系統(tǒng)上，并且將同種類型的保護(hù)分別放于不同的CPU 系統(tǒng)上，對主保護(hù)實(shí)現(xiàn)雙重化。但實(shí)際運(yùn)行中如果某一CPU出現(xiàn)異常或某一保護(hù)柜因故停用，則必然有多種保護(hù)隨之退出，威脅一次設(shè)備安全。

3 結(jié)束語

綜上所述，發(fā)變組是整個電網(wǎng)運(yùn)行的核心功能單元，其安全性直接決定了整個電網(wǎng)的運(yùn)行安全，也成為整個電力生產(chǎn)和運(yùn)營的最重要環(huán)節(jié)。發(fā)變組的安全運(yùn)行需要微機(jī)配置提供穩(wěn)定支持，微機(jī)配置的合理性是決定整個發(fā)變組功能表現(xiàn)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(xiàn)。其配置的合理性必須將實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)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(huán)節(jié)有具體掌握，這樣才能充分保障整個配置滿足實(shí)際的應(yīng)用需要。