（电气工程专业论文）大型发电机变压器组保护双重化改造的配置及应用.pdf

华北电力入学1 二程硕士学位论文摘要 摘要 本文以国产3 0 0 m w 发电机变压器组为例，研究大型发电机变压器组微机保护双重 化配置原则，提出保护功能的基本要求，通过对保护双重化改造后保护拒动情况分析， 最终确定了保护组屏的方案。在张家口发电厂现有一次设备无法改造的前提下对保护装 置的交流电流、电压、出口、信号等重要回路进行优化设计，使新装置和旧回路有机接 口，基本达到保护双重化的各项要求。探讨新一代发变组保护装置简捷、实用的校验方 法，通过电压回路定相、电流回路向量测试，用一次电流及工作电压验证、检查二次回 路的正确性；对保护双重化改造后的问题进行进一步的分析；进而提出解决办法和建议。 关键词：大型机组，微机保护，双重化 a b s t r a c t i i lt m sp a p e r ，l o c a l3 0 0 m w 静1 e r a t o r 劬m s f o m e ru i l i tw a st a l 【锄鹪a ne x a m p l et 0 r e s e a r c ho nt h ep r h l c i p l eo fc m l 矗缈a t i o nf o rm i c r o p r o c e s s o f - b 鹊e dp r o t e c t i o n t h eb a s i c r e q u i 眦l e n t sf o rp r o t e c t i o nw e r ep u tf o r w a r d p r o j e c tp l a no fp r o t e c t i o ni sc o n f i r m e da r e rm e a 工i a l y s i so fi i l c o r r e c tt r i p p i n ga f t e rd u a l i t yr e f o r m h 1z h a i l 西i a l ( o up o w e rs t a t i o no p t i m a l d e s i 弘w a sa d o p t e do na cc u r r e n t ，v o l t a g e ，e x p o n ，舔i 印a 1a n do m e r 硫p o r t a n tc i r c u i ts om a t t h eo 唱a m ci n t e r f a c eo fn e wd e v i c e s 趾do l dc i r c u i tm e e t 廿l er e q u i r 锄e n t so fd u a l p f o t e c t i o n b r 嘶t ) ，a 1 1 du t i l i t 撕a 1 1v a l i d a t em e t h o df o rn e wg e r a t i o no fg e n e r a t o r - t 舳s f o m e f u 1 1 i tp r o t e c t i o nd e v i c e sw 嬲r e s e a r c h e d ，c h e c kt 1 1 ec o r r e c 协e s so ft l l es e c o n d1 0 0 pm r o u 9 1 l p h a s ev 0 1 t a g el o o p ，c u 仃e n t1 0 0 pv e c t o rt e s t ，a n dc u l l r e n t - v 0 1 t a g ev 嘶f i c a t i o n f u r m e ra 1 1 a l y s i s w 嬲c 硎e do u to np r o b l 咖sa r e rm ed o u b l ep r o t e c “o n 缸锄s f o n n a t i o n 灿l dt h e ns o l u t i o n s a i l dr e c o m m e n d a t i o n sw e r ep r o p o s e d h u1 y u e ( p o w e rp l a n tt h e m a lp o w e re n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f y a nx i a n gw u k e yw o r d s ：u t i j j t y t ) ，p eu n j t ，m j c r o p r o c e s s o r b a s e dp r o t e c t i o n ，d u p l e x 华北电力入学 二科硕士学位论文摘要 摘要 本文以国产3 0 0 m w 发电机变压器组为例，研究大型发电机变压器组微机保护双重 化配置原则，提出保护功能的基本要求，通过对保护双重化改造后保护拒动情况分析， 最终确定了保护组屏的方案。在张家口发电厂现有一次设备无法改造的前提下对保护装 置的交流电流、电压、出口、信号等重要回路进行优化设计，使新装置和旧回路有机接 口，基本达到保护双重化的各项要求。探讨新一代发变组保护装置简捷、实用的校验方 法，通过电压回路定相、电流回路向量测试，用一次电流及工作电压验证、检查二次回 路的正确性；对保护双重化改造后的问题进行进一步的分析；进而提出解决办法和建议。 关键词：大型机组，微机保护，双重化 a b s t r a c t i i lt l l i s p a p e r ，l o c a l3 0 0 m w 劳1 e r a t o r 劬m s f o m e ru i l i tw a st a l 【e i l 鹪a ne x a m p l et 0 r e s e a r c ho nt h ep r i n c i p l eo fc o n 6 9 u r a t i o nf o rm i c r o p r o c e s s o r - b 鹊e dp r o t e c t i o n t h eb a s i c r e q u i r e l l l e n t sf o rp r o t e c t i o nw e r ep u tf o r w a r d p r o j e c tp l a no fp r o t e c t i o ni sc o n f i r m e da r e rm e a i l a l y s i so fi i l c o r r e c t 伍p p i n ga r e rd u a l i t yr e f o m l 1 1 1 办a n 西i a l ( o up o w e rs t a t i o no p t i m a l d e s i 弘w 弱a d o p t e do na cc u r r e n t ，v o l t a g e ，e x p o n ，舔i 印a 1 舭do m e r 硫p o r t a n tc i - c u i ts om a t t h eo 唱撕ci n t e r f a c eo fn e wd e v i c e s 趾do l dc i r c u i tm e e t 廿l er e q u i r e m e n t so fd u a l p r o t e c t i o n b r 栅t ) ，a n du t i l i t 撕a 1 1v 锄i d a t em e l o df o rn e wg e n e r a t i o no fg e n e r a t o r - t m s f o n n e r u 1 1 i tp r o t e c t i o nd e v i c e sw 嬲r e s e a r c h e d ，c h e c kt 1 1 ec o r r e c 协e s so f l es e c o n d1 0 0 pm r o u 9 1 l p h a s ev 0 1 t a g el o o p ，c u 仃e n t1 0 0 pv e c t o rt e s t ，锄dc u l l r e n t - v 0 1 t a g ev 耐f i c a t i o n f u r m e ra 1 1 a l y s i s w 嬲c 硎e do u to np r o b l 咖sa r e rm ed o u b l ep r o t e c t i o n 缸锄s f o n n a t i o n a n dt h e i ls o l u t i o n s a i l dr e c 0 1 1 1 】 i l e n d a t i o n sw e r ep r o p o s e d h u1 y u e ( p o w e rp l a n tt h e m a lp o w e re n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f y a nx i a n gw u k e y w o r d s ：u t i j j t y 一哆p eu n j t ，m j c r o p r o c e s s o r b a s e dp r o t e c t i o n ，d u p l e x 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文大型发电机变压器组保护双重化改造 的配置及应用，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究 工作和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在 论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：日期： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播 学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日期： 导师签名： 日期： 华北电力人学工稃硕士学位论文 1 1 选题的背景及其意义 第一章概述 由于大型发电机、变压器造价高昂、结构复杂，一旦发生故障，将对电厂发电机、 变压器乃至电力系统的安全运行带来一系列严重的影响，所以，对发电机保护装置的安 全性、可靠性更高的要求。 表l1 9 9 2 1 9 9 8 年全国1 0 0 m w 及以上发电机故障率统计 1 9 9 2 年1 9 9 3 年1 9 9 4 年1 9 9 5 年1 9 9 6 年1 9 9 7 年1 9 9 8 年 发电机 5 0 65 1 75 3 26 l o6 5 26 8 57 7 2 总台数 故障 2 52 01 63 32 63 36 6 台数 故障 7 96 7 4 5 7 1 5 55 26 7 次数 故障率 1 5 6 11 2 9 6 8 4 61 1 6 48 4 47 5 98 6 7 ，i 、 装 、_ 糌 世 臀 器 目 9 5 9 4 9 3 9 2 9 l 9 0 9 3 0 3 ( 年份) 1 9 9 21 9 9 3 1 9 9 4 1 9 9 5 1 9 9 61 9 9 71 9 9 8 图1 11 9 9 2 1 9 9 8 年全国1 0 0 m w 及以上发变组保护正确动作率曲线图 1 9 9 5 年国家电力调度中心等机构组织了机组保护南北调研，调研了全国5 8 座电厂 1 0 0 m w 以上机组1 5 7 台，结果如下：正确动作率6 0 6 ，误动原因主要为：运行部门 l 华北电力大学工程硕+ 学位论文 责任、制造质量不良以及原理不完善。以下就几种情况进行分析： 运行管理责任主要由接线错误、误操作、定值整定不合理等造成的，而这些错误的 发生与保护配置方案有密切的关系。以往机组保护方案，由很多个装置组成一套机组保 护： 装置之间t a 需要串接，t v 需要并接，容易导致t a 断线、t v 断线而造成误 动； 装置数量多，装置损坏几率高，检修几率高； 回路繁杂而不清晰，继保人员带电检修时易出现误碰现象而导致误动； 装置数量多，整定操作、管理复杂。 要改变当前的面貌，必须采用主后一体化双主双后的配置方案，大大简化回路，减 少装置数量，降低运行管理的难度，提高运行的安全可靠性。 由于继电保护大量采用了数字技术，继电保护技术得到了巨大的发展，为电力系统 的安全运行提供了保障。最新硬件技术的发展，尤其是d s p 技术的采用，为彻底改变 大型机组保护正确动作率长期偏低的现状提供了契机。原国家电力公司2 0 0 0 年9 月2 8 日颁布实施的防止电力生产重大事故的二十五项重点要求指出要“确保大型发电机、 变压器的安全运行，重视大型发电机、变压器保护的配置和整定计算 ，“对于 2 2 0 k v 主变压器的微机保护必须双重化。 2 0 0 2 年3 月6 日原国家电力公司又以国电调 2 0 0 2 】1 3 8 号文印发了防止电力生 产重大事故的二十五项重点要求 继电保护实施细则，对大型发电机变压器组保护配 置提出了更为详细的要求：l o o 兆瓦及以上容量的发电机变压器组微机保护应进行双重 化配置【i j 。 1 2 大型发电机变压器组保护双重化改造的配置设计及应用的动 态和发展趋势 l o o 兆瓦及以上容量的发电机变压器组微机保护双重化配置的原则为： ( 1 ) 发电机变压器组的所有电气量保护均应实现双重化配置，非电气量保护不要求双重 化。 ( 2 ) 双重化配置的保护装置之间不应有任何电气联系。 ( 3 ) 发电机变压器组非电量保护应设置独立的电源回路( 包括直流空气小开关及其直流 电源监视回路) ，出口跳闸回路应完全独立，在保护柜上的安装位置也应相对独立。 2 华北电力人学工程硕士学位论文 ( 4 ) 每套保护装置的交流电压、交流电流应分别取自电压互感器和电流互感器互相独立 的绕组，其保护范围应交叉重迭，避免死区。 ( 5 ) 每套保护均应含完整的差动及后备保护，能反映被保护设备的各种故障及异常状态， 并能动作于跳闸或给出信号。 ( 6 ) 两套完整的电气量保护和非电量保护的跳闸回路应同时作用于断路器的两个跳闸线 圈。 ( 7 ) 为与保护双重化配置相适应，5 0 0 千伏变压器高、中压侧和2 2 0 干伏变压器高压侧必 须选用双跳圈机构的断路器，断路器和隔离刀闸的辅助接点、切换回路，辅助变流器以 及与其他保护配合的相关回路亦应遵循相互独立的原则按双重化配置。 ( 8 ) 保护装置双重化配置还应充分考虑到运行和检修时的安全性，当运行中的一套保护 因异常需要退出或需要检修时，应不影响另一套保护正常运行。 实施双重化配置的目的：一是在设备发生故障时，防止因保护装置拒动而给故障设 备造成进一步的损害；二是在保护装蜀故障、异常或检修时，避免因为缺少保护而导致 一次设备不必要的停运。从经济角度来说，前者保护设备的完备性，降低设备损坏而导 致的直接经济损失；后者主要保证发电设备运行的连续性，提高电厂的经济效益。 近年来，微机式变压器保护逐渐得到应用。一般这种保护应具有主保护与后备保护 的全部功能。因此，比较合理的配置方式是实现这种保护的双重化，即采用完全相同的 两套微机式保护，分别由不同直流母线段供电。 可见，应用于机组保护的双重化配置方案的含义，应该是配置两套独立、完整的发 变组保护装置。 从国外机组保护发展的趋势来看，具有保护功能双重化的趋势，在应用d s p 技术 的基础上，单个装置的功能集成也来越高，“d u a l 嘶oo u to f t 、) i r o 概念即为代表( 如图 2 ) 每个保护对象配置两套保护系统，每套保护系统单独可以出口，每套保护系统配置 两个子系统，两个子系统与门出口，这种配置原则正体现了保护双重化的配置理念。 t 一一c 一量l id k l 一一c 。也，l i i 图1 2 保护功能双重化“d u a lt 、7 i r oo u to f 觚o ” 华北电力人学工程硕+ 学位论文 在国内，由于2 0 0 2 年3 月6 日国电调 2 0 0 2 1 3 8 号文对大型发电机变压器组保护双 重化配置作出要求，故2 0 0 2 年以后的新建电厂发变组保护设计为双重化配置。2 0 0 2 年以 前的大机组( 6 0 0 m w 及以上) ，发变组微机型保护为保护双重化设计。近几年电力系统 正利用机组检修机会，对不满足要求的发变组保护进行双重化改造。 1 3 设备概况及保护双重化改造前保护配置 张家口发电厂八台发电机为东方电机厂生产的q f s n 3 0 0 2 2 0 型汽轮发电机，额定 电压2 0 l ( v ，额定容量3 0 0 m w 。三机静止整流器励磁。主变压器为保定变压器厂生产的 s f p 3 7 0 0 0 0 5 0 0 型强迫油循环风冷变压器，额定容量3 7 0 0 0 0 k v a 。主变高压侧为一个 半断路器接线，高压厂用变压器为低压侧分裂绕组变压器。分两期建设，一期四台机组 于1 9 8 7 年6 月正式开工建设，至1 9 9 5 年9 月相继并网发电，二期四台机组于1 9 9 7 年 7 月的正式开工，至2 0 0 1 年8 月，相继并网发电。 五号机于1 9 9 8 年投产，发变组保护采用南京电力自动化设备总厂生产的集成电路 保护，由华北电力设计院设计。主要配置如下保护： 发电机差动、主变压器差动、高厂变差动、发变组差动、主励磁机差动、引线差动、 发电机对称过负荷、不对称过负荷、基波零序电压定子接地、三次谐波定子接地、转子 一点接地、转子两点接地、失磁、失步、过激磁、逆功率、阻抗、厂变复合电压闭锁过 电流、厂变分支过流、励磁机过负荷等。 5 号发变组保护存在的问题： 1 运行一段时间定值偏离较大，个别误差 1 0 。导致非停一次。 原因分析：装置运行时间长，设备元件老化，受温度等因素影响大导致定值偏离较 大。 4 华北电力人学 ：程硕士学位论文 图1 3 张家口发电厂5 号机发变组主接线示意图 5 华北电力人学工程硕+ 学位论文 其中三次谐波定子接地误动停机一次与定值偏离有很大关系，主变零序保护延时定值5 秒，拨轮须拨到9 秒位置。 2 调试校验工作量大且精度差不能满足要求。 原因分析：集成电路保护是模拟产品，相对于微机保护比较落后。校验中需要调节 很多电位器，可调节部分多，同时加进了人为误差因素，致使误差加大，很多定值都处 在最大允许误差边缘( 5 ) ，不能满足精度，从而带来很多不稳定因素。 3 整体抗干扰性能差，经常误发信号。 原因分析：1 集成电路保护是分立插件，本层机箱没有屏蔽功能，靠柜门上的屏蔽 网抗干扰。做抗干扰实验：打开柜门在保护室内用m o t o r o l a g p 3 0 0 无线对讲机 发射信号，个别插件信号灯闪亮。2 电缆均无屏蔽层，电缆在电缆沟内与其他一 二次众多电缆平行受干扰严重，c t 断线闭锁信号经常误发，只能将此功能退出。 另外，保护未实现双重化配置，不满足要求，需进行改造。 1 4 本文主要内容 本文以国产3 0 0 m w 发电机变压器组为例，研究探讨大型发电机变压器组实现微机 保护双重化配置的思路，提出保护功能的基本要求，通过对保护双重化改造后保护拒动 情况分析，最终确定了保护组屏的方案。在张家口发电厂现有一次设备无法改造的前提 下对保护装置的交流电流、电压、出口、信号等重要回路进行优化设计，使新装置和旧 回路有机接口，并能或基本达到保护双重化的各项要求。对保护双重化改造后的问题进 行阐述、解决。探讨新一代发变组保护装置简捷、实用的校验方法，进行电压回路定相、 电流回路向量测试，用一次电流及工作电压验证、检查二次回路的正确性，通过调试结 果，提出保护装置存在的问题并进行分析，进而提出解决办法和建议。主要包括以下几 个方面【2 】： 1 ) 发变组保护双重化配置，应借鉴线路保护的配置原则，尽可能选用不同厂家不 同原理的两套保护装置，并采用主后一体化配置组屏。 2 ) 双重化保护配置要求每套保护装置的交流电压、交流电流应分别取自电压互感 器和电流互感器互相独立的绕组，其保护范围应交叉重迭，避免死区。但对于已投运的 保护进行改造，基于现有一次设备条件，对于交流电流回路，一般通过精心设计能够满 足要求，但交流电压回路一般不能满足分开的要求。因为大型汽轮发电机在发电机出口 6 华北电力人学一i ：程硕十学位论文 一般装设三组电压互感器，第一组中性点直接接地，带二次绕组和开口三角绕组；第二 组中性点直接接地，不带开口三角绕组，一般为励磁专用；第三组中性点与发电机中性 点连接，带二次绕组和开口三角绕组，一般为发电机匝间保护专用 可见在上述条件下实现交流电压分别取自电压互感器互相独立的绕组是难以实现 的，交流电压回路的应用可以遵循约定的原则，即：发电机匝间保护用专用电压互感器， 其它保护用公用电压互感器。但应在发电机出线间将接入两套保护装置的交流电压回路 的电缆分开，并在二次绕组各自的引出端分别加熔断器。 3 ) 双重化保护配置出口回路设计：传统的发电机变压器组保护，一般把出口分为 停机、解列、解列灭磁、程序跳闸等，并且每一个出口对应于一组继电器，称为出口继 电器。新一代的微机发电机变压器组保护如南瑞r c s 一9 8 5 和南自d g t - 8 0 l 等，其出口 均采用矩阵方式，任何保护都可通过矩阵组合形成不同的出口方式，并可通过人机界面 在线调整。以上两种出口方式各有优缺点，传统方式需要配置大量的出口继电器，接线 复杂，但多个出口同时启动同一个跳闸回路，即使有一个出口继电器损坏，在多套保护 同时动作的前提下仍能够保证跳开开关，切除故障。矩阵方式每一个跳闸回路只有一个 对应的出口继电器，接线简单，但对出口继电器要求高，一旦开关对应的出口继电器损 坏，将不能启动开关跳闸回路。但由于采用了双重化保护配置，可以在一定程度上弥补 这一缺陷。 4 ) 信号回路设计：保护双重化后，信息量成倍增加，原有的中央信号设计容量不 可能将所有的信号都发到中央信号。但是基于新型微机保护的特点，存储容量大，可以 存储多次保护动作信息和模拟量波形数据，我们对中央信号的要求是：预告信号必须全 面而且准确，事故信号可以概括简略。 预告信号中，大量的反映电气设备或二次回路异常、保护装置异常等告警信号，预 告信号的作用就是为了使运行值班人员看到信号后，能够准确判断异常现象的性质、原 因，及时采取相关措施，防止设备异常运行导致事故或保护装置故障，导致不正确动作。 因此预告信号必须有明确的含义，且应在相应的保护运行规程中规定应采取的相应措 施。 5 ) 对保护双重化改造后的问题进行阐述、解决。 6 ) 以南瑞r c s 9 8 5 典型保护校验为例，探讨新一代发变组保护装置简捷、实用的 校验方法，进行电压回路定相、电流回路向量测试，用一次电流及工作电压验证、检查 二次回路的正确性，通过调试结果，提出保护装置存在的问题并进行分析，进而提出解 7 华j 匕电力人学：i ：程硕十学位论文 决办法和建议。 8 华北电力人学上科硕士学位论文 第二章双重化保护配置的设备选型及保护配置设计 2 1 保护双重化的组屏设计 2 1 1 发变组保护拒动的分析 同样是1 9 9 5 机组保护的南北调研，并没有内部短路故障差动保护拒动的情况，可 见对于机组保护来讲，双重化配置方案，配置了双套差动保护，内部故障拒动的情况已 经解决【3 】。 拒动可分为原理不完善或灵敏度差、装置损坏等情况。 原理不完善可以通过寻找合理的判据、可靠的新原理来解决，也可通过不同原理的 保护来减少拒动的情况。对于机组内部故障，资料记载：对三峡机组的一万多次计算结 果分析，总有几次故障保护不能反映，存在死区。因此需在保证可靠性的前提下适当降 低定值或采用新原理来提高灵敏度。 装置的损坏则需通过提高制造质量和双重化配置来解决，提高质量减少了装置的损 坏，双重化配置则消除了因装置损坏可能导致的拒动。 2 1 2 双重化配置与保护拒动的分析 由于传统的的机组保护只配置了一套发电机异常运行保护，而机组发生异常运行 的情况比内部短路故障的几率大得多，因此双重化配置降低了拒动的几率； 对于双重化配置的方案，电源、电流电压回路、保护装置均是独立的，正常运行时 同时投入运行的，除了转子接地故障外，每一种故障双套保护均能同时反应，不存在拒 动可能； 对于双重化配置，一套保护短时退出运行，另一套保护仍可反映全部故障，不会拒 动；而一套保护短时退出运行时，另一套保护同时发生故障的可能性几乎没有，这主要 是由于采用了先进的硬件技术和现代化生产管理体系，制造质量大大提高，一套保护装 置故障退出运行的几率非常小，完全可以不考虑两套保护装置同时损坏。 2 1 3 双主双后不同方案的比较 针对反措实施细则，出现了不同的机组保护双重化配置方案，如图4 为主后一 体化双主双后保护配置方案1 ，a 屏、b 屏为两套发变组电量保护，c 屏为非电量保护。 9 华北电力人学l 程硕+ 学位论文 一# 变组保护a 屏 一一 发变组保护b 屏 一变组保护c 屏 激瓢教苏 图2 _ i 机组保护主后一体化保护双重化配置方案 从图中可以看出主后一体化保护配置方案： 方案简洁，双套保护防拒动，单套保护防误动，概念清晰： 每一套机组保护t a 、t v 只需接入一次，回路简单，t a 、t v 断线几率低， 即使偶而发生ta 、tv 断线，查找非常简单。 机组保护所有数据共享，可以实现新判据，故障录波功能强大。 如图2 2 为另一种配置方案，从图中可见每一套机组保护包括两个保护装置，每个 装置包括部分保护功能，a 屏、b 屏为两套发变组电量保护，c 屏为非电量保护。 m * * b * _ - 躲 图2 2 机组保护双主双后配置方案2 从图中可以看出： 方案复杂，屏柜配置拥挤，没有实质性提高； 1 0 _投 蚯 懈 制 萋| 警 鼓 华北电力人学丁程硕十学位论文 每一套机组保护ta 串联接入两个装置、tv 需并联接入两个装置，回路复杂， ta 、tv 故障几率大为增加，查找也麻烦； 由于每一个装置输入量有限，不能做到机组保护所有数据共享，故障录波数据 不全。 一些观点认为，一套机组保护因各种原因暂时退出运行时，余下的一套保护采用多 个装置能提高可靠性，这其实是不对的： 一套机组保护因各种原因退出运行，比如t a 、t v 异常检查时，剩余一套机组保护， 只有一组直流电源供电，只采用一组ta 、tv 的数据，配置一套出口，采用多个装置 不但没有提高可靠性，反而由于装置数量多、回路复杂，故障几率高，降低了可靠性。 现有的制造技术已使保护装置的质量大大提高，在一套机组保护暂时退出运行时， 完全可以承担一段时间的运行。 可见，如图2 2 的主后一体化方案彻底解决了困扰主设备保护误动率高的问题。 2 1 4 双重化保护组屏配置的确定 故发变组保护双重化配置，应借鉴线路保护的配置原则，尽可能选用不同厂家不同 原理的两套保护装置，并采用主后一体化方案配置。张家口发电厂五号发变组保护装置 共三面柜，a 柜是南瑞生产的r c s 9 8 5 微机发变组保护装置，包含整套的发变组电气 量保护。b 柜和c 柜是国电南自生产的d g t - 8 0 1 微机发变组保护装置，a 、b 柜分别包 含整套的发变组电气量保护，c 柜是非电量保护【5 1 。 两套电气量保护的配置基本相同，并根据有关规程的要求作了适当调整： ( 1 ) a 柜和b 柜发变组差动、主变差动的保护范围不完全相同，见图1 。 ( 2 ) 由于a 柜发变组差动未包括主变高压侧出线到开关的引线，在a 柜增加了引 线差动。 ( 3 ) a 柜和b 柜均增设发电机过电压保护、突加电压保护。 ( 4 ) 取消了阻抗保护，增加发电机复合电压闭锁过电流保护。 2 2 保护功能的配置要求 夺发电机差动 比率制动差动，可对最小动作电流、比率制动系数、起始制动电流、差流越限电流 等进行整定，有c t 断线闭锁功能并可通过控制字设置投入或退出，单相差动动作发告 警但不出口，两相或三相差动同时动作出口并报警，c t 断线或差流越限有报警输出。 1 l 华北电力人学1 j 程硕+ 学位论文 保护出口动作于停机，动作时间不应大于3 0 m s 。 主励磁机差动 额定频率1 0 0 h z ，比率制动差动，可对最小动作电流、比率制动系数、起始制动电 流、差流越限电流等进行整定，有c t 断线闭锁功能并可通过控制字设置投入或退出， 单相差动动作发告警但不出口，两相或三相差动同时动作出口并报警，c t 断线或差流 越限有报警输出。 保护出口动作于停机，动作时间不应大于3 0 m s 。 令主变压器差动 比率制动差动，励磁涌流判别用波形鉴别或二次谐波制动，用五次谐波制动防止过 激磁时差动保护误动。有差电流速断，可对最小动作电流、比率制动系数、起始制动电 流、差流越限电流、二次谐波制动比、五次谐波制动比、差电流速断等进行整定，有 c t 断线闭锁功能并可通过控制字设置投入或退出，c t 断线或差流越限有报警输出。 保护出口动作于停机，动作时间不应大于4 0 m s 。 高厂变差动 比率制动差动，励磁涌流判别用波形鉴别或二次谐波制动。有差电流速断，可对最 小动作电流、比率制动系数、起始制动电流、差流越限电流、二次谐波制动比、差电流 速断等进行整定，有c t 断线闭锁功能并可通过控制字设置投入或退出，c t 断线或差 流越限有报警输出。c t 变比相差较大时，由装置内部调整，不应使用中间变流器。 保护出口动作于停机，动作时间不应大于4 0 m s 。 发变组差动 比率制动差动，励磁涌流判别用波形鉴别或二次谐波制动，用五次谐波制动防止过 激磁时差动保护误动。有差电流速断，可对最小动作电流、比率制动系数、起始制动电 流、差流越限电流、二次谐波制动比、五次谐波制动比、差电流速断等进行整定，有 c t 断线闭锁功能并可通过控制字设置投入或退出，c t 断线或差流越限有报警输出。 c t 变比相差较大时，由装置内部调整，不应使用中间变流器。 保护出口动作于停机，动作时间不应大于4 0 m s 。 引线差动 比率制动差动，有差电流速断，可对最小动作电流、比率制动系数、起始制动电流、 差流越限电流、差电流速断进行整定，有c t 断线闭锁功能并可通过控制字设置投入或 退出，c t 断线或差流越限有报警输出。 1 2 华北电力人学j r 程硕七学位论文 保护出口动作于停机，动作时间不应大于3 0 m s 。 夺发电机匝间保护 采用负序功率方向或负序增量闭锁的纵向零序电压原理，有t v 断线闭锁功能，防 止电压互感器一次或二次断线时保护误动。 保护出口动作于停机。 发电机过负荷保护 分为对称过负荷和不对称过负荷两部分，对称过负荷反映正序电流，不对称过负荷 反映负序电流。对称和不对称过负荷均由定时限过负荷、反时限过负荷两段构成，反时 限部分应能反应电流变化时的热积累过程。可整定反时限上限电流值。电流达到启动值 后首先经短延时发信号。 保护出口动作于解列或程序跳闸( 切换压板) 。 发电机定子过电压保护 短延时跳闸。 保护出口动作于解列灭磁。 夺励磁回路过负荷保护 额定频率1 0 0 h z ，由定时限过负荷、反时限过负荷两段构成，反时限部分应能反应 电流变化时的热积累过程。可整定反时限上限电流值和上限时间。电流达到启动值后首 先经短延时发信号。 保护出口动作于解列灭磁。 夺发电机失磁保护 阻抗元件可按静稳边界或异步边界整定，能正确区分短路故障和失磁故障，同时还 应采取措施防止外部短路、系统振荡和p t 断线时发电机失磁保护不正确动作。 引入发电机转子电压，当阻抗元件和转子低电压同时满足发失磁信号。 保护出口经发电机机端电压闭锁，当阻抗元件和发电机机端低电压同时满足启动跳 闸出口。 发电机进相运行时，失磁保护不应误动作。 保护出口动作于程序跳闸或解列( 切换压板) 。 夺发电机失步保护 能区分振荡中心在发变组内部和外部，振荡中心在区外时只发信号，振荡中心在区 内，失步运行时间或振荡次数超过整定值动作于解列。 1 3 华北电力大学t 程硕十学位论文 在短路故障、系统稳定振荡、电压回路断线等情况下，保护不应误动。 应具有电流闭锁，以保证断路器断开时的电流不超过断路器额定开断电流。 夺发电机定子接地保护 采用基波零序电压加三次谐波电压原理构成l o o 定子接地保护，基波零序电压取 自发电机中性点消弧线圈二次，两个判据要分别设置出口和信号。 保护出口动作于停机。 夺发电机转子接地保护 需使用辅助电源时，应采用直流2 2 0 v 电源或由直流2 2 0 v 电源经装置内部变换产 生。 转子一点接地后，经延时发信号。 转子两点接地保护经短延时出口动作于停机。 发电机逆功率保护 经短时发信号，延时动作于解列。 发电机复合电压闭锁过流保护 第一时限动作于解列，第二时限动作于解列灭磁。 主变压器零序保护 电流元件为两段式，每段两个时限。一段第一时限及二段第一时限动作后启动解列 出口，一段第二时限及二段第二时限动作后启动停机出口。 过励磁保护 应能按变压器或发电机过励磁特性曲线进行整定，返回系数在o 9 6 _ o 9 8 之间，低 值延时发信号，高值延时出口动作于解列灭磁或程序跳闸( 切换压板) 。 频率异常保护 设置四段频率整定值：f o 、f l 、f 2 、f 3 、f 4 ，频率整定范围4 5 5 5 h z 。 保护经主开关位置闭锁。 f ( f 0 ：延时t o ( o 1 0 s ) 发信号 亿( f ( f l ：记录累计时间( 1 3 6 0 0 s ) ，当累计时间超过整定时间t l ，发信号 f 3 ( f ( 亿：记录累计时间( 1 3 6 0 0 s ) ，当累计时间超过整定时间t 2 ，发信号 f 4 ( f ( f 3 ：记录累计时问( 1 3 6 0 0 s ) ，当累计时间超过整定时间t 3 ，发信号 f ( f 4 ：延时t 4 ( o 1 0 s ) 发信号或动作于解列。 程序跳闸逆功率保护 1 4 华北电力人学一1 ：程硕十! 学位论文 与汽轮机主汽门关闭配合，当检测到汽轮机主汽门已关闭，且逆功率到达整定值， 延时动作于解列灭磁。 高厂变复合电压闭锁过流保护 同时经高厂变两个低压分支电压闭锁，复合电压动作后能单独发信号。保护经延时 动作于解列灭磁。 高厂变a 分支过流保护 三相过电流，经延时动作于跳a 分支开关。 夺高厂变b 分支过流保护 三相过电流，经延时动作于跳b 分支开关。 主变压器通风启动 按变压器高压侧负荷电流启动辅助冷却器。 高厂变通风启动 按变压器高压侧负荷电流启动辅助冷却器。 夺非电量保护 如表1 所示，所有非电量保护均不启动失灵，保护动作后均应发告警信号，信号必 须能保持，经手动复归。用于非电量输入的转换继电器必须使用直流2 2 0 伏中间继电器， 继电器动作电压应在1 1 0 v 1 5 4 v 范围内。继电器线径不小于o 0 9 n l n l 。 表2 非电量保护配置一览表 序号保护名称延时出口类型 1 发电机断水无解列灭磁 2 热工保护无 解列灭磁 3 主变冷却器全停t o t o ( 0 1 0 s )信号 4 主变冷却器全停t l ( 油温 7 5 )t 1 ( o 一3 6 0 0 s )解列 5 主变冷却器全停t 2t 2 ( o 一3 6 0 0 s )解列 6 主变重瓦斯无停机 7 主变轻瓦斯无信号 8 主变温度无信号 华北电力人学i ：程硕十! 学位论文 9 主变油位无信号 1 0 主变压力释放无信号 1 1 厂变冷却器故障无信号 1 2 。 厂变重瓦斯无停机 1 3 厂变轻瓦斯无 信号 1 4 厂变温度无信号 1 5 厂变油位无信号 1 6 厂变压力释放无信号 1 7 电网安全自动装置切机无解列 1 8 高周切机无停机 1 9 失步切机无解列 2 0 5 0 0 k v 失灵保护无解列 2 3 双重化保护配置交流回路设计 双重化保护配置要求每套保护装置的交流电压、交流电流应分别取自电压互感器和 电流互感器互相独立的绕组，其保护范围应交叉重迭，避免死区。但对于已投运的保护 进行改造，基于现有一次设备条件，对于交流电流回路，一般通过精心设计能够满足要 求，但交流电压回路一般不能满足分开的要求。因为大型汽轮发电机在发电机出口一般 装设三组电压互感器，第一组中性点直接接地，带二次绕组和开口三角绕组；第二组中 性点直接接地，不带开口三角绕组，一般为励磁专用；第三组中性点与发电机中性点连 接，带二次绕组和开口三角绕组，一般为发电机匝间保护专用。 可见在上述条件下实现交流电压分别取自电压互感器互相独立的绕组是难以实现 的，交流电压回路的应用可以遵循约定的原则，即：发电机匝间保护用专用电压互感器， 其它保护用公用电压互感器。但应在发电机出线问将接入两套保护装置的交流电压回路 的电缆分开，并在二次绕组各自的引出端分别加熔断器【l 。 对于交流电流回路，因为南瑞r c s 9 8 5 和南自d g t - 8 0 l 每一个机箱的保护实现电 流共享，所以应以差动保护用电流互感器的组合为基础，尽可能保证每套保护装置交流 1 6 华北电力人学一i ：科硕士学位论文 电流应分别取自电压互感器和电流互感器互相独立的绕组，差动保护范围应交叉重迭， 避免死区。如图2 3 所示。 图2 3 双重化保护交流电流、电压回路配置接线示意图 1 7 华北电力人学i ：程硕+ 学位论文 h u h n 均口口 中寸 口口 葛v 、 - v 、v 、n口ov ，口 寸寸nnni n d口nnonn1nnm口口11 - _ 斟 v 、nn 硷 nn n 口oo口口口ov 、譬 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