進口發(fā)變組保護微機化升級改造比較淺析

鄒祥杰

【摘 要】進口發(fā)電機-變壓器組原廠配置的傳統(tǒng)電磁型繼電保護早已退出繼電保護市場，需升級為更快速、更靈敏、更可靠的微機型發(fā)變組保護。就國產(chǎn)微機型發(fā)變組保護與國外微機型發(fā)變組保護技術經(jīng)濟性比較，闡述選擇國產(chǎn)微型機發(fā)變組保護的可行性。

【關鍵詞】發(fā)電機-變壓器組 微機保護 換型

【中圖分類號】F224-39【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0404-02

一、 前言

基于數(shù)字計算機和實時數(shù)字信號處理技術實現(xiàn)的電力系統(tǒng)繼電保護被稱為數(shù)字式繼電保護，又常被稱為微機保護[2]。本廠600MW發(fā)變組保護由日本原主機制造廠配置的電磁型繼電器組成，采用了分體設計思想，目前該類型繼電器已停止生產(chǎn)。由于微型計算機技術地快速發(fā)展，使得傳統(tǒng)的電磁型繼電器早已退出保護市場，故存在保護事故備品難以配置齊全和價格偏貴的問題比較突出。為此，亟待將原有的發(fā)變組電磁型保護升級改造為更快速、更靈敏、更可靠的微機型保護。

二、發(fā)變組保護換型的必要性和可行性

（一） 必要性

1、 經(jīng)過咨詢，日本原主機制造廠可利用現(xiàn)有庫存的配件定做部分繼電器的備品，但無法提供同期裝置及同期繼電器的備品。預估造價折合人民幣已超過一百萬元，另有兩種型號的繼電器不含在此報價中?？紤]到原廠發(fā)變組保護的備品缺乏，故擬將目前原廠電磁型發(fā)變組保護逐臺更換為微機保護。

2、 目前，本廠主變壓器仍采用日本原廠配置的單套保護，不滿足國電公司2002年138號文件25點反措要求“大機組必須按照雙重化配置，即：發(fā)電機、主變及高廠變具有兩套完整的的主保護、后備保護”及國家電網(wǎng)生計[2005]400號文件的最新十八項電網(wǎng)重大反事故措施要求[1]。

3、 另根據(jù)本廠、省調(diào)、設計院聯(lián)合審查圖紙的會議紀要，應增設發(fā)電機組橫差保護。

（二） 可行性

微機保護具有靈敏度高、可靠性強、維護調(diào)試方便、性價比優(yōu)良等優(yōu)點，技術已非常成熟。目前，國內(nèi)外大型發(fā)變組保護配置和技術改造升級時普遍采用微機保護。微機保護在電力系統(tǒng)中得到廣泛應用。

三、 國內(nèi)發(fā)變組微機保護硬件配置情況

（一） 國內(nèi)發(fā)變組微機保護主要硬件采用情況。

目前，國內(nèi)發(fā)變組微機保護采用航空產(chǎn)品級印刷電路板，印制板上選取的芯片均為進口軍品級芯片，大部分芯片為美國制造，經(jīng)過嚴格的篩選和老化后，在生產(chǎn)線上生產(chǎn)加工成保護裝置的各種插件。其中部分邏輯芯片采用日本、韓國生產(chǎn)的產(chǎn)品。繼電器世界知名廠家產(chǎn)品，如松下電工、歐姆龍等。屏柜端子一般采用德國鳳凰系列端子。

（二） 國內(nèi)與國外發(fā)變組微機保護核心硬件結構的區(qū)別

國內(nèi)發(fā)變組微機保護均采用雙CPU結構，“與門”出口方式，徹底杜絕了任何硬件損壞導致的誤動。

國外發(fā)變組微機保護大多采用單CPU結構，易受干擾誤動。

（三） 國內(nèi)與國外發(fā)變組微機保護設計構思的區(qū)別

國外發(fā)變組微機保護采用分體設計構思，一套發(fā)變組保護由很多保護裝置實現(xiàn)，存在現(xiàn)場接線復雜，CT需要串接，PT需要并接，二次回路故障幾率大大增加。

國內(nèi)發(fā)變組微機保護采用主后一體化設計或主后分離構思，雙主雙后，將一個發(fā)變組單元的全套電量保護集成在一套或兩套裝置中。對于一個發(fā)變組單元，配置雙套完整的電氣量保護，每套保護裝置采用不同組CT，均有獨立的出口跳閘回路。一體化設計，CT不需要串接，PT不需要并接，大大簡化了回路，CT回路斷線幾率大大降低，由于裝置數(shù)量少，誤動的幾率也降低。

四、 國內(nèi)與國外發(fā)變組微機保護原理差異的簡單比較

（一） 差動保護原理

國外ABB發(fā)變組保護差動保護采用標積制動原理，該原理的制動特性不能很好的與差流不平衡電流的特征曲線相配合，在區(qū)內(nèi)某些故障情況下存在拒動的可能，保護的靈敏度不高。GE和SIMENS發(fā)電機保護均采用常規(guī)差動保護原理，檢測發(fā)電機區(qū)內(nèi)輕微故障的靈敏度有限，其靈敏度受過渡電阻的影響。

國內(nèi)發(fā)變組微機保護采用常規(guī)差動保護原理同時，部分保護廠家（如南瑞繼保）采用了工頻變化量差動保護新原理，消除了正常負荷電流的影響，削弱了過渡電阻對差動保護靈敏度的影響，大大提高了區(qū)內(nèi)輕微故障的靈敏度。此外，還采用變斜率比率差動保護新原理，能夠很好的跟不平衡電流曲線相配合，在區(qū)內(nèi)故障時保證最大的靈敏度，在區(qū)外故障時可以躲過暫態(tài)不平衡電流[3]。

（二） 防止區(qū)外故障CT飽和導致的差動保護誤動措施

國外發(fā)變組保護采用附加制動區(qū)的辦法來躲區(qū)外故障CT飽和或傳變特性不一致，該原理在區(qū)外轉區(qū)內(nèi)故障時差動保護延緩動作，不利于快速切除故障。

國內(nèi)發(fā)變組微機保護均具有完善的異步法CT飽和判據(jù)，根據(jù)差動保護制動電流工頻變化量與差電流工頻變化量的關系，明確區(qū)分區(qū)內(nèi)故障還是區(qū)外故障，如判出區(qū)外故障，投入相電流、差電流的波形識別判據(jù)，區(qū)外故障CT飽和不誤動，區(qū)內(nèi)故障CT飽和，裝置快速動作。在區(qū)外轉區(qū)內(nèi)故障時，差動保護仍然能夠快速動作。

（三） 橫差保護

國外發(fā)變組保護橫差保護不具有制動特性，定值門檻整定偏高，保護的靈敏度偏低。

國內(nèi)發(fā)變組微機保護采用相電流比率制動式高靈敏度橫差保護新原理，保護定值可以安全降低，橫差電流定值只需按躲過正常運行時不平衡基波電流整定，區(qū)內(nèi)故障靈敏動作，區(qū)外故障可靠制動，大大提高了保護的靈敏度。

（四） 縱向零序電壓匝間保護

國外發(fā)變組微機保護縱向零序電壓匝間保護不具有制動特性，需要經(jīng)負序功率方向元件閉鎖，保護的靈敏度偏低。且由于負序功率方向元件在外部三相短路暫態(tài)過程中和頻率偏離額定值時可能會誤判，導致保護誤動。

國內(nèi)發(fā)變組微機保護采用綜合電流制動匝間保護新原理，該判據(jù)本身就能可靠區(qū)分區(qū)內(nèi)、外故障，無需經(jīng)負序功率方向元件閉鎖，縱向零序電壓匝間保護只需按躲過正常運行時不平衡基波電壓整定，區(qū)內(nèi)故障時靈敏動作，區(qū)外故障時保護可靠制動，大大提高了匝間保護的靈敏度。

（五） 轉子接地保護

1、轉子一點接地保護

ABB采用外加交流電源式轉子一點接地保護原理，該原理的計算精度受轉子繞組對地電容的影響，保護的靈敏度不高，大概在30K左右。

國內(nèi)發(fā)變組微機保護可提供兩種轉子一點接地保護原理供用戶選擇，分別為乒乓式轉子一點接地保護原理和有源切換采樣式轉子一點接地保護原理。兩種原理均不受轉子繞組對地電容的影響，能精確測量轉子一點接地電阻，保護的靈敏度高達80k，且與轉子接地位置無關。

2、轉子兩點接地保護

國外發(fā)變組保護均沒有設置轉子兩點接地保護原理，無法提供對轉子兩點接地故障的保護。

國內(nèi)發(fā)變組微機保護可提供兩種轉子兩點接地保護原理，一種是利用轉子一點接地位置的變化量構成的轉子兩點接地保護原理；另一種是利用發(fā)電機定子電壓二次諧波負序分量實現(xiàn)的轉子兩點接地保護原理。

（六） 失磁保護

國外發(fā)變組保護的失磁判據(jù)比較單一，沒有轉子低電壓判據(jù)，失磁保護的可靠性不高。

國內(nèi)發(fā)變組微機保護的失磁保護采用開放式失磁保護方案，阻抗判據(jù)、母線低電壓判據(jù)、轉子低電壓判據(jù)、逆無功判據(jù)、減出力判據(jù)可以根據(jù)需要自由組合，大大提高了失磁保護的可靠性。

五、結論

根據(jù)以上綜合分析，可以得出以下結論

1. 國內(nèi)和國外的發(fā)變組微機保護在硬件配置方面對比，區(qū)別不大；保護功能及原理配置方面對比，國內(nèi)的發(fā)變組微機保護優(yōu)于國外的發(fā)變組微機保護，宜優(yōu)先考慮采用國內(nèi)的發(fā)變組微機保護；

2. 從經(jīng)濟方面比較，采用國內(nèi)的發(fā)變組微機保護將大大節(jié)約成本；

3. 在考慮廠房內(nèi)發(fā)變組保護換型時應同時考慮主變保護雙重配置的改善，防止在主變低壓側加裝CT或重復投資的現(xiàn)象發(fā)生。

參考文獻

[1] 國家電力公司.《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點要求》. 2002.

[2] 楊奇遜，黃少鋒.《微型機繼電保護基礎》.第2版.北京：中國電力出版社，2005

[3] 南瑞繼保電氣有限公司.《600MW機組發(fā)電機、變壓器保護技術方案》，2005