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300MW汽轮发电机继电保护双重化改造

来源:用户上传      作者: 张亚松

  摘 要:电力系统的继电保护是影响电力系统运行的一个关键因素,为了推动电力系统的安全稳定运行,需要对落后的发电机继电保护进行合理的改造。为了防止电力生产过程中出现重大事故,推动智能化电网建设的进程,需要对其进行双重化的改造。本文笔者结合自身的实践经验,分析了300MW汽轮发电机继电保护的双重化改造,目的是为发电机保护装置的改造提供指导和借鉴。
  关键词:汽轮发电机;继电保护;双重化改造;整定计算
  汽轮发电机在电力系统中占据重要的地位,对系统运行的稳定性和安全性起着举足轻重的影响。但是由于大型发电机的造价较高且结构复杂,一旦在运行过程中遭到破坏,就会造成很大的经济损失,此外对发电机故障维修需要耗费较长的时间,因此加大了维修的难度。可见,需要对未实现保护双重化的发电机继电保护进行双重化改造,并综合考虑各个因素的影响,提高继电保护和自动装置运行的准确性和可靠性。
  1 300MW汽轮发电机继电保护系统概述
  1.1 系统构成
  300MW汽轮发电机的继电保护系统主要分为三个部分,即微机运动装置、上位机系统以及线路保护装置。这三个部分共同牵制着发电机继电保护的性能,进而对整个电力系统的运行起着至关重要的影响。
  微机运动装置是该系统的核心部件,主要是以CPU分布处理技术为指导,并且每一个模片都是在自己单片机的作用下完成自己的工作。其系统图如下:
  在串行总线的作用下,主CPU实现对各个功能模件的管理,并实现与上位机监控系统的连接。模件负责对数据的采集、输入以及输出控制,并将数据传送给主CPU,同时通讯模件在多口的RAM总线的支持下,将现场的运行情况传送给相应的调度端,实现对现场工作运行情况的遥控和遥调。
  上位机是借助工业控制机对系统进行统一的管理,主要包括事故打印机、报表打印机以及显示器等,主要是完成系统运行的数据显示、调整发电机的运行负荷、召唤历史曲线、事故越限报警以及报表打印等工作。
  线路保护装置分为硬件和软件两大部分,其中发电机保护系统是独立于线路保护装置的系统,有着非常重要的作用,具有多重保护功能。
  1.2 系统特点
  300MW汽轮发电机继电保护系统在电力系统发挥了重要的作用,主要是因为该系统具有明显的优势:首先,软件和硬件结构呈现模块化,这样提高了总线的兼容性,形成了档次不同和容量不同的装置,不仅降低了设计的难度,还为系统的维护提供了便利,特别是中断式工作方式的应用,极大了提高了电力系统的运行效率;其次,大大的提高了系统运行的可靠性,特别是在分布处理技术的指导下,单个模片发生故障不会对整个系统造成影响,并且在软件系统的支持下,可以对出现的故障进行自动回复,独立性和可靠性强;此外,系统具有实时监控功能和事故记录功能,可以实现对故障的详细记录,并且故障处理程序可以在故障发生时,发出跳闸的命令,大大的减少了人为因素对故障分析的干扰。
  1.3 进行双重化改造的必要性
  华能井冈山电厂#1机组于2000年投运,其#1发变组继电保护配置为许继集团有限公司生产的WFB-100微机型发变组成套保护装置,由于该发变组保护装置运行时间已达12年,设备硬件故障不断发生,厂家设备已升级换代,无法满足现场安全需求,给发电机的安全稳定运行带来风险,现有的发变组保护无法再维持正常运行;而且根据继电保护技术监督要求,发变组保护需要双重化配置,但该套保护目前为单套配置。因此,为了对电力系统的运行提供安全稳定的工作环境,实现对于该300MW汽轮发电机的有效保护,准确的消除故障,有必要对#1发变组保护系统进行换型改造。
  2 300MW汽轮发电机继电保护双重化改造方案
  2.1 300MW汽轮发电机继电保护双重化改造原则
  在对300MW汽轮发电机继电保护双重化改造的过程中,要按照国家电网调度的要求,遵循相应的原则,进行双重化的改造配置。
  第一,将发电机变压器所有的电气量保护都进行双重化配置,第二,各个配置的保护装置之间不用电气联系,第三,要将非电量的保护装置设置为独立的电源网络,特别低出口的跳闸回路要做到完全独立,并将保护柜上的安装位置保持独立,第四,每一套保护装置要设置独立的电压互感器和电流互感器为交流电压和交流电流的绕组,实现保护范围的交叉和重叠,避免保护死区的出现,实现对发电机的有效保护,第五,差动和后备保护是不可缺少的,二者可以实现对被保护设备各种故障的及时反映,在故障发生时,自动的做出跳闸或者是发出信号的反应,第六,两套完整的电气量和非电量保护跳闸回路都能同时作用于断路器的两个跳闸线圈,第七,为了更好适应汽轮发电机的双重保护装置,需要将每一台机组的断路器选择双跳闸线圈,可以有效的配合相关回路,这都是遵循了双重化保护相互独立原则,第八,在双重化改造的过程中,要综合考虑设备运行和检修的安全性,当一套保护出现异常需要检修时,不会对其他保护产生阻碍。
  总之,在对300MW汽轮发电机继电保护进行双重化改造时,要避免保护装置拒动对故障设备造成进一步的损害,同时也要避免出现为了实现保护而导致设备停运,这就需要在进行双重化改造时,要结合发电机的实际情况,最大限度的降低经济损失,提高电厂的经济效益。
  2.2 300MW汽轮发电机继电保护配置
  在对300MW汽轮发电机继电保护的改造过程中,要结合实际情况以及保护动作的性能,在满足继电保护基本要求的基础上,最大限度的简化保护程序且提高保护性能,选择经济有效的配置保护进行双重化改造。
  首先,要对短路保护配置进行改造。在电力系统的运行中,短路保护配置与接线形式的联系密切,对于300MW的汽轮发电机继电保护中,主要采用的接线方式是单元接线,这就需要结合继电保护技术规程,对发电机-变压器组进行双重快速保护。通过差动保护的双重化改造,可以有效的降低拒动的几率,实现对装置的闭锁,有效的减少了误动,提高了系统运行的安全性和可靠性。变压器纵差保护,可以正确反应变压器外部短路故障,为了正确、及时的反应变压器内部短路故障,选择装设瓦斯保护。瓦斯保护分为轻瓦斯保护和重瓦斯保护,分别利用开口杯和挡板式原理,反应变压器内部的故障程度,确定发出信号还是将变压器从系统中切除。   其次,要对接地保护装置进行双重化改造。电机最常见的故障之一是定子绕组的单相接地(定子绕组与铁芯间绝缘破坏)。由于发电机中性点是不接地或经高阻接地,所以定子单相接地故障并不引起大的故障电流。但由于大型发电机在系统中的重要地位,造价昂贵,而且结构复杂、检修困难,所以对大型发电机的定子接地电流大小和保护性能提出了严格的要求,特装设发电机定子一点接地保护,根据接地电流的大小,分别动作于信号或停机。
  2.3 300MW汽轮发电机继电保护双重化改造方案
  在对300MW汽轮发电机继电保护双重化改造的过程中,需要选择合适的方案,这就需要结合发电机的性能和工作环境进行综合的选择。经过考察,井冈山电厂#1发电机新继电保护选择了由南京南瑞继保电气有限公司生产的RCS-985B型发电机变压器成套保护装置,该发变组保护由发变组保护Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ屏配置组成。发变组保护Ⅰ、Ⅱ屏各配置RCS-985B装置作为发电机、主变压器、高厂变的电量保护;Ⅲ屏配置两套RCS-974AG2作为发变组非电量保护装置,所有保护屏均配置一台打印机。
  利用2012年#1机组大修的机会对#1发变组保护成功的进行了换型。本次改造范围为#1发变组保护装置(A屏、B屏、C屏及操作继电器屏),本改造工程A屏、B屏、C屏屏柜整体更换,原有操作继电器屏不变;大部分利用了原柜体上的外部电缆,长度不够的电缆采用了转接方式延长,新发变组保护实现了双重化的配置,
  首先,对发变组差动保护进行双重化改造。本厂的300MW汽轮发电机属于微机型发变组保护装置,为了保证回路或者是装置异常时有效的进行继电保护,需要对两个屏配置发电机的差动保护、主变差动保护以及发变组差动保护,确保在一套保护装置出现故障时,另一套还可以正常运作,满足发电机各项保护的双重化配置。双重化改造综合考虑了现场的实际情况,主变高压侧断路器采用两组跳闸回路,这样两个屏可以同时启动跳闸线圈。
  其次,对TV进行双重化改造。在发电机的机端配置中,有两组TV,分别接入到两个屏中,这样在一组的TV断线时,继电器会及时的发出断线的信号。在对TV进行双重化改造时,先进行断线判别,主要是借助电压平衡进行判定,在某一个TV回去电压时,继电器会及时的发出断线信号。然后可以借助信号进行定值整定计算,进而为实现闭锁保护提供重要的依据。当电压是无零序电压时,可以对单组的电压互感器进行TV断线判别。
  再次,对TA双重化改造。装置设有TA饱和判据,以防止在主变、高厂变区外发生故障等状态下的TA饱和所引起的比率制动式差动保护动作。保护采用虚拟制动量的TA饱和识别专利技术,既能有效防止区外故障保护动作,又能保证区内故障及区外故障发展成为区内故障时保护的快速动作。对于TA的异常进行判定时,需要以相差流为依据,当本侧的三相电流中有一相的电流不变或者是最大相的电流小于1.2倍的额定电流以及一相中电流的值为零时,这就说明TA出现异常。对TA的双重化改造,需要在出现异常时,及时的发出异常信号,并且对其异常闭锁差动进行定值,可以进行相应的保护。当闭锁差动整定值为零时,能够判定出异常但是不会进行闭锁差动保护,当整定值为1时,可以判定出TA异常且进行相应的闭锁差动保护。
  此外,还需要对发电机的匝间保护进行双重化改造和转子接地保护改造。转子接地保护原理包括外加电源及采样切换原理等,由于测量回路本身内阻的影响,不能两套同时投入,运行时只能投入一套运行,但保护配置可以按双重化配置,其中一套正常运行时投入,另一套退出,当运行的一套转子接地保护退出时,可以投入另一套转子接地保护。
  井冈山电厂#1发变组保护2012年改造后至今,运行情况稳定,未出现硬件及软件问题;证明对该300MW汽轮发电机继电保护双重化改造取得了显著的成效。通过双重化改造,避免了故障死区的出现,能够及时对出现的故障进行消除,进而维持整个系统的运行创造了安全稳定的工作环境,大大的提高了系统运行的效率,为电厂经济效益的提高做出了突出的贡献。
  3 结束语
  电力行业的发展使得机组的容量不断增加,这就要求对电网的继电保护工作加强重视,对300MW汽轮发电机继电保护双重化改造已经成为电力系统发展的必然,对发电机运行故障的维修创造了有利的条件,为电力系统的运行提供了稳定安全的环境,大大的提高了电力部门的经济效益,为我国电力行业的发展指明了方向。
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