紫坪鋪水力發(fā)電廠發(fā)變組保護(hù)裝置改造

曹 建 高

(四川省紫坪鋪開發(fā)有限責(zé)任公司，四川 成都 610091)

0 引 言

紫坪鋪電廠位于岷江上游，是岷江流域最大的水力發(fā)電廠，電廠裝有四臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量190 MW，總裝機(jī)容量760 MW，發(fā)變組采用單元接線，1號(hào)、2號(hào)發(fā)變組，3號(hào)、4號(hào)發(fā)變組分別組成聯(lián)合單元以一回500 kV出線送四川省電力負(fù)荷中心——成都，是川西電網(wǎng)重要的電源支撐點(diǎn)，在電網(wǎng)內(nèi)具有調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用的重要作用，因此，發(fā)變組保護(hù)裝置對(duì)于整個(gè)電廠安全運(yùn)行至關(guān)重要。紫坪鋪水力電廠原有發(fā)變組保護(hù)裝置的采用南瑞繼保公司的RCS-985系列發(fā)變組保護(hù)。每臺(tái)機(jī)組按發(fā)變組單元配置兩面保護(hù)柜，A柜為發(fā)變組保護(hù)RCS-985A裝置，B柜為發(fā)變組保護(hù)RCS-985A裝置和非電量保護(hù)RCS-974AG2裝置，分別保護(hù)機(jī)組和主變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 發(fā)變組保護(hù)裝置運(yùn)行現(xiàn)狀及其改造的必要性

南瑞繼保公司的RCS-985系列發(fā)變組保護(hù)裝置在我廠自2005年投運(yùn)以來，運(yùn)行穩(wěn)定，保護(hù)動(dòng)作可靠，對(duì)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行及故障的及時(shí)切除、分析等方面發(fā)揮了重要作用。但是隨著使用年限的增加，電子元器件的老化問題日益凸顯，維護(hù)成本和運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)也逐年增加，若機(jī)組運(yùn)行過程中保護(hù)裝置誤動(dòng)或者拒動(dòng)，將造成不可挽回的損失。為切實(shí)發(fā)揮發(fā)變組保護(hù)可靠性、速動(dòng)性、靈敏性，選擇性等優(yōu)越性能，根據(jù)《DL/T 587-2007 微機(jī)繼電保護(hù)裝置運(yùn)行管理規(guī)程》及《四川省電力公司電網(wǎng)設(shè)備技術(shù)改造原則》中“對(duì)常用微機(jī)型保護(hù)及自動(dòng)裝置運(yùn)行時(shí)間超過8年視運(yùn)行狀況及備品備件情況可逐步安排技術(shù)改造，但最長(zhǎng)運(yùn)行年限不宜超過10年”的相關(guān)規(guī)定，逐步對(duì)廠內(nèi)4臺(tái)發(fā)變組保護(hù)裝置進(jìn)行升級(jí)改造顯得尤為重要。

2 系統(tǒng)組成及改造項(xiàng)目

2.1 裝置選擇

本次發(fā)變組保護(hù)裝置改造采用南瑞繼保公司PCS系列產(chǎn)品，不僅繼承了RCS-985 系列發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)的所有優(yōu)點(diǎn)，并在保護(hù)判據(jù)方面有所改進(jìn)，同時(shí)人機(jī)接口方面更加人性化，它提供一個(gè)發(fā)電機(jī)變壓器單元所需要的全部電量保護(hù)。裝置硬件和軟件均采用模塊化設(shè)計(jì)，靈活可配置，具有通用、易于擴(kuò)展、易于維護(hù)的特點(diǎn)。

2.2 系統(tǒng)組成

改造后的發(fā)變組保護(hù)裝置保留原有的兩面屏，整個(gè)系統(tǒng)由保護(hù)裝置、打印機(jī)、保護(hù)聯(lián)片及相關(guān)端子排、空氣開關(guān)等組成。如表1所示：

表1 紫坪鋪水力發(fā)電廠發(fā)變組保護(hù)裝置改造前后系統(tǒng)組成

2.3 改造項(xiàng)目

2.3.1 RCS-985保護(hù)裝置更換

(1)A柜原RCS-985A保護(hù)裝置拆除，更換為PCS-985AW保護(hù)裝置。

(2)B柜原RCS-985A保護(hù)裝置拆除，更換為PCS-985AW保護(hù)裝置。

2.3.2 RCS-974保護(hù)裝置更換及改造

(1)B柜原RCS-974AG2保護(hù)裝置拆除，更換為 PCS-974A-G保護(hù)裝置。

(2) PCS-974A-G裝置失靈保護(hù)：將失靈保護(hù)出口跳閘繼電器SLQD1第一副出口接點(diǎn)端子接至PCS-974A-G非電量保護(hù)裝置的非電量2延時(shí)跳閘輸入，并將失靈保護(hù)出口壓板8LP23名稱改成投失靈保護(hù)(作為功能壓板)；非電量2延時(shí)跳閘出口壓板名稱改成失靈保護(hù)投跳，并將其固定延時(shí)設(shè)置為0S。

(3)PCS-974A-G保護(hù)裝置非電量保護(hù)出口跳滅磁開關(guān)出口改為雙出口，并增設(shè)相關(guān)壓板及配線。

(4)PCS-974A-G保護(hù)裝置非電量保護(hù)出口跳相鄰機(jī)組機(jī)端斷路器出口改為雙出口，并增設(shè)相關(guān)壓板及配線。

(5)PCS-974A-G保護(hù)裝置“冷卻器全?！碧l矩陣修改，我廠因特有的主接線方式，該非電量保護(hù)只出口跳本機(jī)組機(jī)端斷路器。

2.2.3 增加RCS-985U保護(hù)裝置

(1)發(fā)變組保護(hù)A柜配置注入式定子接地保護(hù)，該保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)需在接地變內(nèi)新增CT、隔離變等相關(guān)配件。

(2)發(fā)變組保護(hù)A柜加裝RCS-985U保護(hù)裝置專用電源裝置(注入式定子接地保護(hù)用)。

(3)需從每臺(tái)機(jī)組接地變處敷設(shè)三根4 mm2的屏蔽電纜至發(fā)變組保護(hù)A屏。

2.3.4 引入時(shí)鐘同步系統(tǒng)

從時(shí)鐘同步系統(tǒng)分別引入1路時(shí)鐘信號(hào)到每臺(tái)保護(hù)裝置，實(shí)現(xiàn)保護(hù)裝置的準(zhǔn)確對(duì)時(shí)(裝置需能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)B碼及脈沖對(duì)時(shí)方式)。

3 改造后的主要成果

(1)PCS-985系列發(fā)變組保護(hù)裝置，它繼承了RCS-985 系列發(fā)變組保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，可支持常規(guī)互感器或電子式互感器輸入，支持電力行業(yè)通訊標(biāo)準(zhǔn)DL/T667-1999、Modbus 通訊規(guī)約和新一代通訊標(biāo)準(zhǔn)IEC61850。支持網(wǎng)口、串口通信，不需要額外配置通信轉(zhuǎn)換裝置，從而消除了RCS-985本身只支持串口通信，采用網(wǎng)口通信需增加通信轉(zhuǎn)換裝置的缺點(diǎn)。

(2)支持離線和在線調(diào)試兩種模式，調(diào)試和定值整定更加方便。增加電子盤備份功能，可用于備份恢復(fù)程序和配置，當(dāng)更換插件時(shí)，可以從電子盤中恢復(fù)數(shù)據(jù)，減小工作量。菜單式操作，避免了RCS-985 系列發(fā)變組保護(hù)裝置相對(duì)繁瑣的操作。

(3)PCS-985系列發(fā)變組保護(hù)裝裝置由標(biāo)準(zhǔn)化的元件構(gòu)成，易于更換，軟件具有足夠的冗余度，各保護(hù)功能的保護(hù)范圍的設(shè)定可保證在測(cè)量范圍上有良好的后備。保護(hù)系統(tǒng)的軟件、硬件具有容錯(cuò)功能和動(dòng)作記錄存儲(chǔ)功能，即使某一子系統(tǒng)的部分軟件或硬件故障也不影響該系統(tǒng)其它部分的正常工作。改造后，維護(hù)成本大幅降低，裝置穩(wěn)定性大幅增加。

(4)PCS-985AW裝置采用8U雙層配置，上層智能插件，下層交流頭或智能I/O插件，布局更加合理。裝置內(nèi)部所有回路(包括但不限于以下回路：交流、直流等采樣回路，開入、開出回路等)的配置與現(xiàn)有裝置配置一致，很好的克服了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件、發(fā)變組保護(hù)與原有設(shè)備的接口問題以及CT配置等諸多問題。更換屏柜原有的功能及出口壓板，對(duì)壓板名稱進(jìn)行雙重標(biāo)識(shí)(壓板名稱及壓板編號(hào))，并對(duì)功能壓板及出口壓板進(jìn)行顏色區(qū)分(出口壓板：紅色，功能壓板：黃色，備用壓板：本色)，既符合標(biāo)準(zhǔn)化管理要求，又一定程度上避免運(yùn)行人員誤操作。

(5)改造后，跳閘組件可根據(jù)實(shí)際情況、跳閘邏輯要求進(jìn)行更改，有足夠的跳閘回路,每一功能都能送出跳閘信號(hào)，每種保護(hù)動(dòng)作的引出信號(hào)接點(diǎn)有不少于2對(duì)電氣上獨(dú)立轉(zhuǎn)換接點(diǎn)輸出(2個(gè)報(bào)警接點(diǎn))，保護(hù)功能投退分別設(shè)軟壓板或硬壓板，跳閘距陣出口回路設(shè)硬壓板，不允許不經(jīng)壓板而直接去跳閘以及信號(hào)源分別取至不同組CT，主后備保護(hù)共用一組CT，兩套保護(hù)裝置出口對(duì)應(yīng)不同的跳閘線圈，動(dòng)作可靠性大大增加。

(6)增加了發(fā)電機(jī)注入式定子接地保護(hù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生接地故障，注入的電壓、電流信號(hào)隨之發(fā)生變化，通過導(dǎo)納法可準(zhǔn)確計(jì)算出接地故障的過渡電阻阻值，計(jì)算的電阻阻值與定子繞組的接地故障位置無關(guān)，可以反映發(fā)電機(jī)100%的定子繞組單相接地。具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①整個(gè)定子繞組各處具有相同的保護(hù)靈敏度，不受接地位置影響。

②低頻信號(hào)和發(fā)電機(jī)的工頻、分?jǐn)?shù)次諧波、整數(shù)次諧波頻率不同，機(jī)組正常運(yùn)行或振蕩時(shí)不會(huì)影響接地故障電阻阻值的計(jì)算。保護(hù)不受發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況的影響，在發(fā)電機(jī)靜止、起停過程、空載運(yùn)行、并網(wǎng)運(yùn)行等各種工況下，該保護(hù)均能可靠工作。

③接地電阻跳閘判據(jù)設(shè)置了獨(dú)有的安全電流限制技術(shù)，當(dāng)接地故障電流很小時(shí)，可避免不必要的機(jī)組停機(jī)。采用注入回路阻抗精確補(bǔ)償技術(shù)，無需測(cè)試接地變壓器的詳細(xì)參數(shù)，直接進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)模擬接地故障試驗(yàn)即可完成參數(shù)補(bǔ)償。

(7)增加了發(fā)電機(jī)注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)。在轉(zhuǎn)子繞組的正負(fù)兩端或其中一端(通常選擇負(fù)端)與大軸之間注入一個(gè)電源，實(shí)時(shí)求解轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣電阻值，保護(hù)反映發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)大軸絕緣電阻的下降。具有以下優(yōu)點(diǎn)：

①注入電源更加簡(jiǎn)單可靠，接線方式靈活，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)轉(zhuǎn)子繞組引出方式，選擇單端注入或雙端注入方式，硬件統(tǒng)一。采用自適應(yīng)有源切換技術(shù)，注入電源的頻率自適應(yīng)調(diào)整。

②接地電阻的計(jì)算精度高，誤差小于±5%，靈敏度高達(dá) 100 kΩ，不受轉(zhuǎn)子電壓影響，轉(zhuǎn)子繞組不同位置接地時(shí)的靈敏度一致，能夠在未加勵(lì)磁電壓狀態(tài)下，檢測(cè)轉(zhuǎn)子絕緣情況。

③對(duì)于雙端注入方式，可準(zhǔn)確追蹤接地故障位置，并可根據(jù)一點(diǎn)接地位置的變化實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)功能。

(8)PCS-974A-G保護(hù)裝置具有非電量保護(hù)、非全相保護(hù)、失靈啟動(dòng)、異常告警等功能。保護(hù)邏輯判據(jù)更加完善，動(dòng)作可靠性大幅增加。

4 改造后試驗(yàn)結(jié)果

改造完成后，先后進(jìn)行了發(fā)變組A、B屏的PCS-985AW開入檢查，開出接點(diǎn)檢查(報(bào)警信號(hào)接點(diǎn)檢查 、跳閘信號(hào)接點(diǎn)檢查、跳閘輸出接點(diǎn)檢查 )，發(fā)變組保護(hù)電壓、電流采樣值檢查，保護(hù)整組試驗(yàn)(發(fā)電機(jī)不完全差動(dòng)1保護(hù)試驗(yàn)、發(fā)電機(jī)不完全差動(dòng)2保護(hù)試驗(yàn)、發(fā)電機(jī)裂相橫差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)、發(fā)電機(jī)匝間保護(hù)試驗(yàn)、發(fā)電機(jī)相間后備保護(hù)試驗(yàn)、發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)試驗(yàn)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)試驗(yàn)、定子過負(fù)荷保護(hù)試驗(yàn)、負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)試驗(yàn)、發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)試驗(yàn)、發(fā)電機(jī)過電壓保護(hù)試驗(yàn)、發(fā)電機(jī)過勵(lì)磁保護(hù)試驗(yàn)、誤上電保護(hù)試驗(yàn)、勵(lì)磁后備保護(hù)試驗(yàn)、主變差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)、主變零序差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)、主變相間后備保護(hù)試驗(yàn)、主變接地后備保護(hù)試驗(yàn)、主變過勵(lì)磁保護(hù)試驗(yàn)、廠變差動(dòng)保護(hù)試驗(yàn)、廠變后備保護(hù)試驗(yàn)、非電量保護(hù)試驗(yàn))、保護(hù)聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)，空載試驗(yàn)及并網(wǎng)試驗(yàn)等，各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)均滿足試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié) 語(yǔ)

紫坪鋪水力發(fā)電廠發(fā)變組保護(hù)裝置改造后，裝置運(yùn)行工況良好，全面地提高了對(duì)發(fā)變組設(shè)備的可靠監(jiān)測(cè)和保護(hù)。新增的注入式定子接地保護(hù)，除了能實(shí)現(xiàn)原有100%定子接地?zé)o死區(qū)保護(hù)而外，還能對(duì)發(fā)電機(jī)的電機(jī)靜止、起停過程、空載運(yùn)行、并網(wǎng)運(yùn)行等各種工況進(jìn)行定子絕緣監(jiān)視，對(duì)發(fā)電機(jī)接地電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)限制，避免不必要的機(jī)組停機(jī)，避免了傳統(tǒng)接地保護(hù)靈敏度受接地位置影響的缺點(diǎn)。新增的注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)，不受轉(zhuǎn)子電壓影響，轉(zhuǎn)子繞組不同位置接地時(shí)的靈敏度一致，可準(zhǔn)確追蹤接地故障位置，靈敏度高，準(zhǔn)確性好，有效減少了保護(hù)死區(qū)。更加人性化的人機(jī)交互功能和更加完善的保護(hù)邏輯判據(jù)既滿足了繼電保護(hù)技術(shù)監(jiān)督、反措和各項(xiàng)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，又滿足了事故報(bào)告準(zhǔn)確、齊全、直觀的要求，便于事故分析。同時(shí)改造后的裝置維護(hù)、調(diào)試方便，動(dòng)作可靠，減少了維護(hù)工作量和年維護(hù)費(fèi)用，為我廠發(fā)變組設(shè)備的可靠運(yùn)行提供了有利保障，也為今后設(shè)備改造提供了借鑒。