白山發(fā)電廠發(fā)變組保護(hù)裝置雙重化配置及應(yīng)用

本文格式為Word版，下載可任意編輯——白山發(fā)電廠發(fā)變組保護(hù)裝置雙重化配置及應(yīng)用第32卷第2期2023年5月Vol.32No.2May2023

白山發(fā)電廠發(fā)變組保護(hù)裝置雙重化配置及應(yīng)用

任洋1,劉治國(guó)1,康大為1,鮑峰1,馬躍林1,郎紅軍2

(1.白山發(fā)電廠,吉林省樺甸市132400;2.飽滿發(fā)電廠,吉林省吉林市132108)

摘要:根據(jù)國(guó)家電網(wǎng)公司《“防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求〞繼電保護(hù)實(shí)施細(xì)則》中對(duì)

于發(fā)變組的微機(jī)保護(hù)必需采用雙重化及其近期提出的智能化電網(wǎng)建設(shè)的要求,結(jié)合白山發(fā)電廠300MW機(jī)組微機(jī)保護(hù)裝置的改造,對(duì)采用WFB-805A微機(jī)型發(fā)變組保護(hù)裝置如何進(jìn)行雙重化配置及應(yīng)用加以闡述,為今后的水電廠微機(jī)保護(hù)裝置改造提供經(jīng)驗(yàn)。關(guān)鍵詞:雙重化微機(jī)保護(hù);智能化電網(wǎng);發(fā)變組保護(hù)裝置

0引言

白山發(fā)電廠5臺(tái)300MW機(jī)組于2023年5月28日完成微機(jī)保護(hù)裝置的改造,全部實(shí)現(xiàn)雙重化配置。白山發(fā)電廠發(fā)電機(jī)、變壓器依照原國(guó)家電力公司國(guó)電調(diào)〔20237138號(hào)文件〕《“防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求〞繼電保護(hù)實(shí)施細(xì)則》(以下簡(jiǎn)稱“《實(shí)施細(xì)則》〞)的要求,進(jìn)行了如下配置:

1)發(fā)電機(jī)、變壓器的所有電氣量保護(hù)均實(shí)現(xiàn)雙重化配置;

2)雙重化配置的保護(hù)裝置之間無電氣聯(lián)系;3)發(fā)電機(jī)、變壓器組非電量保護(hù)裝置獨(dú)立的電源網(wǎng)絡(luò)(包括電源監(jiān)視網(wǎng)絡(luò))、出口跳閘回路應(yīng)完全獨(dú)立,在保護(hù)柜上的安裝位置相對(duì)獨(dú)立;

4)每套保護(hù)裝置的交流電壓、交流電流應(yīng)分別取自電壓互感器和電流互感器相互獨(dú)立的繞組,達(dá)到保護(hù)范圍交織重疊,避免了死區(qū);

5)每套保護(hù)均有完整的差動(dòng)及后備保護(hù)[1],能確鑿反映被保護(hù)設(shè)備的各種故障及異常狀態(tài),并能有路閘動(dòng)作或給出信號(hào);

6)2套完整的電氣量和非電量保護(hù)跳閘回路能同時(shí)作用于斷路器的2個(gè)跳閘線圈;

7)為與保護(hù)雙重化配置相適應(yīng),每臺(tái)機(jī)組斷路器選用雙跳閘線圈機(jī)構(gòu)的斷路器,其斷路器和隔離開關(guān)的輔助接點(diǎn)切換回路與其他保護(hù)協(xié)同的相關(guān)回路,都遵循相互獨(dú)立的雙重化配置原則;

8)白山一期3臺(tái)保護(hù)裝置依照雙重化要求,考慮到運(yùn)行和檢修時(shí)的安全性,當(dāng)運(yùn)行中的一套保護(hù)因異常需要退出或檢修時(shí),不影響另一套保護(hù)運(yùn)行。

實(shí)施繼電保護(hù)裝置雙重化的目的:①在設(shè)備發(fā)生故障時(shí),防止因保護(hù)裝置拒動(dòng)而給故障設(shè)備造成進(jìn)一步的危害;②在保護(hù)裝置故障、異?；驒z修時(shí),

收稿日期:2023-09-23。

避免因缺少保護(hù)而導(dǎo)致一次設(shè)備不必要的停運(yùn)。從

經(jīng)濟(jì)角度來說,前者保護(hù)設(shè)備的連續(xù)性降低設(shè)備因損壞而導(dǎo)致的直接經(jīng)濟(jì)損失,后者主要保證發(fā)電設(shè)備運(yùn)行的連續(xù)性,提高電廠的經(jīng)濟(jì)效益。

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1設(shè)計(jì)思想

白山發(fā)電廠發(fā)電機(jī)、變壓器保護(hù)采用的是許繼公司生產(chǎn)的WFB-805A微機(jī)型發(fā)變組保護(hù)裝置,該套保護(hù)裝置采用雙套主保護(hù)、雙套后被保護(hù)、非電量類保護(hù)完全獨(dú)立的配置,符合“保護(hù)的雙重化,指的應(yīng)當(dāng)是配置2套獨(dú)立、完整的保護(hù)裝置〞的要求[2];采用大屏幕液晶顯示,以專用管理機(jī)負(fù)責(zé)人機(jī)對(duì)話及全部信息處理,可與電廠綜合自動(dòng)化系統(tǒng)連接,并通過監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)的管理,滿足了白山發(fā)電廠智能化建設(shè)的技術(shù)要求。1.2系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)1.2.1系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)

WFB-805A微機(jī)型發(fā)變組保護(hù)裝置結(jié)構(gòu)方式:硬件采用32bit高性能數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、32bit規(guī)律處理器和16bit高速串口模擬/數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器;強(qiáng)弱電完全分開,具有高度自檢功能,保證硬件的高可靠性。機(jī)箱采用48.26cm(19英寸)6U全寬機(jī)箱,抗干擾能力強(qiáng);裝置有2個(gè)完全獨(dú)立的、一致的中央處理器(CPU)板,并各自具有獨(dú)立的采樣、A/D變換、規(guī)律計(jì)算功能;2塊CPU板硬件電路完全一樣,2塊CPU板通過與門和啟動(dòng)出口連接。另有1塊人機(jī)對(duì)話板,由1片DSP專門處理人機(jī)對(duì)話任務(wù),人機(jī)對(duì)話擔(dān)負(fù)鍵盤操作和液晶顯示功能。正常時(shí),液晶顯示當(dāng)前時(shí)間、機(jī)組的主接線、各側(cè)電流、電壓、差電流。人機(jī)對(duì)話中所有的菜單均為簡(jiǎn)體漢字,通過為保護(hù)提供的軟件,可對(duì)保護(hù)進(jìn)行更為便利、詳盡的監(jiān)視與控制。裝置核心部分采用德州儀器公司32bit的數(shù)字信號(hào)處理

40·設(shè)備保護(hù)·任洋,等白山發(fā)電廠發(fā)變組保護(hù)裝置雙重化配置及應(yīng)用

器TMS320C32,主要完成保護(hù)的出口規(guī)律及后臺(tái)功能,使保護(hù)整體確切、高速、可靠。模擬量變換由2～3塊交流變換插件完成,功能是將電流互感器、電壓互感器二次電氣量轉(zhuǎn)換成小電壓信號(hào)。保護(hù)出口和開入由2塊跳閘出口插件和4塊開入開出插件構(gòu)成,完成跳閘出口、信號(hào)出口、開關(guān)量輸入等功能。WFB-805A微機(jī)型發(fā)變組保護(hù)裝置硬件見圖1。

圖1WFB-805A微機(jī)型發(fā)變組保護(hù)裝置硬件

1.2.2軟件規(guī)律結(jié)構(gòu)

WFB-805A微機(jī)型發(fā)變組保護(hù)裝置軟件平臺(tái)采用ATI公司的實(shí)時(shí)系統(tǒng)(RTOS)的嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(NucleusPlus),NucleusPlus是一個(gè)經(jīng)過測(cè)試的內(nèi)核,保證軟件運(yùn)行的穩(wěn)定性。系統(tǒng)應(yīng)用總體見圖2。

屏均配置發(fā)電機(jī)差動(dòng)、主變差動(dòng)及發(fā)變組差動(dòng)保護(hù),以保證因回路或裝置異常停用一套保護(hù)裝置時(shí),另一套保護(hù)裝置仍滿足發(fā)電機(jī)差動(dòng)、主變差動(dòng)及發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)的雙重化配置。另外,出口回路雙重化是保護(hù)雙重化配置的最終表達(dá),為此,主變高壓側(cè)斷路器采用2組跳閘回路,考慮到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀況,采用A、B屏既能保護(hù)同時(shí)啟動(dòng)該斷路器的2組跳閘線圈,又可以2套保護(hù)分別啟動(dòng)該斷路器的2組跳閘線圈的方法。2.2電壓互感器雙重化配置

機(jī)端配置2組電壓互感器。這2組電壓互感器均接入A屏和B屏,1組電壓互感器斷線時(shí),繼電器動(dòng)作,隨時(shí)發(fā)出斷線信號(hào)。電壓互感器斷線判別如下。

1)判據(jù)原理判據(jù)1:電壓平衡式電壓互感器斷線判別

比較2組電壓互感器二次側(cè)的電壓,當(dāng)某一電壓互感器失去電壓時(shí)繼電器動(dòng)作,瞬時(shí)發(fā)出斷線信號(hào)。其斷線規(guī)律如圖3所示。

圖3電壓平衡式電壓互感器斷線規(guī)律

圖2系統(tǒng)應(yīng)用總體

2)定值整定判據(jù)2:無零序電壓的單組電壓互感器斷線判別

1)U+U+Uc>18V且三相電流都小于Iset,則單相、兩相斷線。

2)三相電壓小于8V,且任一相電流大于0.06倍額定電流、三相電流都小于Iset,則三相斷線,滿足上述任一條件后延時(shí)80ms發(fā)電壓互感器斷線信號(hào)。

判據(jù)3:零序電壓型的單組電壓互感器斷線判別

a

b

·

·

·

構(gòu)成系統(tǒng)的各個(gè)裝置之間、每一裝置內(nèi)各保護(hù)CPU之間以及保護(hù)CPU與通信管理CPU之間通過現(xiàn)場(chǎng)總線相連,可便利地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享、自檢和互檢,同時(shí)減少各部分的關(guān)聯(lián)性,有利于整體可靠性的提高。單元管理機(jī)以串行通信或網(wǎng)絡(luò)通信方式與電廠監(jiān)控系統(tǒng)相連,可以對(duì)電廠監(jiān)控系統(tǒng)上送事件報(bào)告、告警信息等,并可通過電廠監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)保護(hù)系統(tǒng)所具有的各種功能實(shí)施全遙控操作。單元管理機(jī)設(shè)有2組獨(dú)立的通信接口RS-485(可配置成光纖),還可轉(zhuǎn)換為2個(gè)獨(dú)立的以太網(wǎng),支持IEC60870-5-103通信協(xié)議,滿足電廠自動(dòng)化系統(tǒng)的要求。

2雙重化配置方案

2.1發(fā)變組差動(dòng)的雙重化配置

WFB-805A微機(jī)型發(fā)變組保護(hù)裝置配置:A、B

1)Ua+Ub+Uc-K·3U0>Uset且三相電流

都小于Iset,則單相、兩相斷線;當(dāng)接地方式為1時(shí),k=0.5773;當(dāng)接地方式為0(非直接接地)時(shí),k=1.732。

2)三相電壓小于8V,且任一相電流大于0.06倍額定電流、三相電流都小于Iset,則三相斷

41····

2023,32(2)

水電廠自動(dòng)化

故障分量負(fù)序功率ΔP2為:

線,滿足上述任一條件后延時(shí)80ms發(fā)電壓互感器斷線信號(hào)。2.3電流互感器雙重化配置

WFB-805A微機(jī)型發(fā)變組保護(hù)裝置采用雙主雙后配置方案,電流回路、出口回路接線明了、簡(jiǎn)單。主變高壓側(cè)、發(fā)電機(jī)機(jī)端、發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)、高廠變各側(cè)配置2組保護(hù)用電流互感器,所用的電流互感器總數(shù)有所減少。

本裝置設(shè)有電流互感器飽和判據(jù),以防在主變(廠變、勵(lì)磁變)區(qū)外發(fā)生故障等狀態(tài)下的電流互感器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)量的電流互感器飽和識(shí)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)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。

電流互感器異常判據(jù)分為2種狀況:一種為未引起差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)的電流互感器異常判斷,另一種為引起差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)的電流互感器異常判斷。

1)未引起差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)

滿足以下條件認(rèn)為電流互感器異常,延時(shí)10s發(fā)電流互感器異常信號(hào):①零序電流大于0.1倍的額定電流;②最大電流小于0.25倍的額定電流;③任一相電流為0。

2)引起差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)當(dāng)任一相差流大于0.1倍的額定電流且任一側(cè)零序電流大于0.18倍的額定電流時(shí),啟動(dòng)電流互感器異常判斷程序,滿足以下條件認(rèn)為電流互感器異常:①本側(cè)三相電流中至少一相電流不變;②最大相電流小于1.2倍的額定電流;③任一相電流為0。

通過定值“電流互感器異常閉鎖差動(dòng)〞控制電流互感器異常判別后是否為閉鎖差動(dòng)保護(hù)。當(dāng)“電流互感器異常閉鎖差動(dòng)〞整定為“0〞時(shí),判別出電流互感器異常后不閉鎖差動(dòng)保護(hù);當(dāng)整定為“1〞時(shí),判別出電流互感器異常后閉鎖差動(dòng)保護(hù)。2.4發(fā)電機(jī)匝間保護(hù)雙重化配置

發(fā)電機(jī)匝間保護(hù)是發(fā)電機(jī)內(nèi)部匝間短路的主保護(hù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)三相定子繞組發(fā)生相間短路、匝間短路及分支開焊等不對(duì)稱故障時(shí),在故障點(diǎn)出現(xiàn)負(fù)序源。故障分量負(fù)序方向元件的ΔU2和ΔI2分別取自機(jī)端電流互感器、電壓互感器,其中電流互感器極性如圖4所示。

·

·

sen.2]ΔP2=Re[ΔU2×ΔI2×e-jφ

·

·

式中:ΔI2為ΔI2的共軛相量;φsen.2為故障分量負(fù)序

方向原件的最大靈敏角,一般取60°～80°。

故障分量負(fù)序方向保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)可表示為:ΔP2>εp。實(shí)際應(yīng)用動(dòng)作判據(jù)綜合為:ΔU2>εu,

i,Δp,(u,εi,εp為動(dòng)作門檻)ΔI2>εP2>εε。2.5轉(zhuǎn)子接地保護(hù)雙重化配置

轉(zhuǎn)子接地保護(hù)原理包括外加電源及采樣切換原理等[3],由于測(cè)量回路本身內(nèi)阻的影響,不能2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)。

采用乒乓式開關(guān)切換原理,通過求解2個(gè)不同的接地回路方程,實(shí)時(shí)計(jì)算轉(zhuǎn)子接地電阻值和接地位置。其原理如圖5所示。

圖5轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)切換采樣原理

圖4故障分量負(fù)序方向保護(hù)電流互感器極性

其中:S1、S2為由微機(jī)控制的電子開關(guān);Rg為接地電阻;A為接地點(diǎn)位置;E為轉(zhuǎn)子電壓(考慮它的變化,新的電動(dòng)勢(shì)以E′表示);R為降壓電阻;R1為測(cè)量電阻。計(jì)算接地位置并記憶,為判斷轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地作準(zhǔn)備。為防止保護(hù)誤動(dòng)及計(jì)算溢出,特設(shè)啟動(dòng)判據(jù):E>40V。

當(dāng)Rg的電阻值小于或等于接地電阻整定值時(shí),經(jīng)延時(shí)發(fā)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地信號(hào)或作用于跳閘。在單元管理機(jī)上可實(shí)時(shí)顯示轉(zhuǎn)子接地電阻值和接地位置。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁回路一點(diǎn)接地故障,對(duì)發(fā)電機(jī)并未造成危害,但若再相繼發(fā)生第2點(diǎn)接地故障,則將嚴(yán)重要挾發(fā)電機(jī)的安全。

保護(hù)原理:一點(diǎn)接地保護(hù)原理同上所述,但在這里的一點(diǎn)接地電阻定值只有一段,通過延時(shí)發(fā)信。在一點(diǎn)接地故障后,保護(hù)裝置繼續(xù)測(cè)量接地電阻和接地位置,此后若再發(fā)生轉(zhuǎn)子另一點(diǎn)接地故障,則已測(cè)得的α值變化,當(dāng)其變化值Δα超過整定值時(shí),保護(hù)裝置就確認(rèn)為已發(fā)生轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地故障,發(fā)電機(jī)被馬上跳閘。保護(hù)判據(jù)為:Δα>αset。αset為轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地位置變化整定值。

42·設(shè)備保護(hù)·任洋,等白山發(fā)電廠發(fā)變組保護(hù)裝置雙重化配置及應(yīng)用

2.6非電量保護(hù)說明

805A系列保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)了電氣量保護(hù)與非電量保護(hù)的完全分開,由專門的WFB-805裝置來完成非電量保護(hù)。不需延時(shí)跳閘的非電量通過壓板直接跳閘,需延時(shí)跳閘的非電量通過CPU延時(shí)后,由CPU發(fā)出跳閘信號(hào)。非電量保護(hù)動(dòng)作后,裝置自動(dòng)打印動(dòng)作信息且可以經(jīng)通信將信息傳至監(jiān)控系統(tǒng)。保護(hù)規(guī)律如圖6所示。

軟件,保護(hù)動(dòng)作報(bào)告、開關(guān)量變位、自檢結(jié)果、定值改動(dòng)、錄波數(shù)據(jù)均有記錄,可實(shí)時(shí)打印及召喚打印。300MW大型發(fā)變組保護(hù)雙主雙后配置方案已成功應(yīng)用于白山發(fā)電廠5臺(tái)發(fā)電機(jī)組中。該型號(hào)設(shè)備投入運(yùn)行以來,所有保護(hù)動(dòng)作確鑿,其高性能、高可靠性得到了驗(yàn)證。

4雙主雙后配置需要注意的問題

1)電流互感器、電壓互感器以及直流電源均按雙重化配置,應(yīng)分別取自電壓互感器和電流互感器相互獨(dú)立的繞組,使保護(hù)范圍交織重疊,避免死區(qū)。

2)對(duì)經(jīng)長(zhǎng)電纜跳閘的回路,要采取防止長(zhǎng)電纜分布電容影響和出口繼電器誤動(dòng)的措施。保護(hù)室距發(fā)變組保護(hù)室較遠(yuǎn),電纜較長(zhǎng),由于對(duì)地分布電容的原因,