PCS-985GW 水輪發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)分析

張澤林，孫冠程，黃紹鋒*

（1.西藏開(kāi)投果多水電有限公司，西藏 昌都 854000；2.山東省濰坊市坊子區(qū)水利事業(yè)發(fā)展中心，山東 濰坊 261206）

在所有電氣元件的保護(hù)中，發(fā)電機(jī)的保護(hù)是最復(fù)雜的，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)比變壓器及線路的保護(hù)復(fù)雜、煩瑣。發(fā)電機(jī)需要監(jiān)測(cè)的電氣參數(shù)量較多，不僅需要監(jiān)測(cè)一般電流、電壓等電氣量參數(shù)，同時(shí)還需要監(jiān)測(cè)這些參數(shù)的序分量，如正序分量、負(fù)序分量等。雖然監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)眾多，然而發(fā)電機(jī)的主保護(hù)仍然是差動(dòng)保護(hù)，這是由于發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)可以非常好地表現(xiàn)地區(qū)內(nèi)部問(wèn)題故障與地區(qū)外界問(wèn)題故障的問(wèn)題。

1 發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)設(shè)備的組成及原理

1.1 果多電站發(fā)電機(jī)保護(hù)系統(tǒng)的組成

果多電站每臺(tái)發(fā)電機(jī)配置兩套PCS-985GW 發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置，發(fā)電機(jī)保護(hù)A 套包含1 臺(tái)PCS-985GW 電氣量保護(hù)和1 臺(tái)PCS-974A-G 非電氣量保護(hù)，組屏于發(fā)電機(jī)保護(hù)A 柜，發(fā)電機(jī)保護(hù)B 套包含1 臺(tái)PCS-985GW 電氣量保護(hù)，組屏于發(fā)電機(jī)保護(hù)B柜。另外配置2套PCS-985RE注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)，安裝于勵(lì)磁系統(tǒng)滅磁電阻柜內(nèi)。

1.2 PCS-985GW 的工作原理

PCS-985GW 設(shè)備有2 個(gè)相對(duì)獨(dú)立存在的DSP板，依次是保護(hù)DSP 板與啟動(dòng)DSP 板，選取使用“與電路”的對(duì)外出口模式，如圖1 所示，2 個(gè)DSP 板都具備相對(duì)獨(dú)立存在的采樣收集與對(duì)外出口工作應(yīng)用電路。工作電流、工作電壓等，第一步經(jīng)過(guò)隔絕互感控器設(shè)備、隔絕放大作用設(shè)備等，傳變到了二次側(cè)，逐漸發(fā)展成為小工作電流與小工作額定電壓數(shù)據(jù)信號(hào)，之后依次進(jìn)入到保護(hù)DSP 板與開(kāi)啟DSP 板。保護(hù)DSP 板里，具體實(shí)現(xiàn)保護(hù)的分析邏輯思維判定與跳閘對(duì)外出口作用功能；開(kāi)啟DSP 板內(nèi)部，設(shè)置總開(kāi)啟元部件設(shè)備，開(kāi)啟后對(duì)外公開(kāi)出口繼電控制器設(shè)備的正工作電源。2個(gè)DSP 板相互之間展開(kāi)及時(shí)在線數(shù)據(jù)信息互相溝通，完成非常嚴(yán)厲的互相檢測(cè)與自主檢查，任何一個(gè)DSP板發(fā)生問(wèn)題，設(shè)備會(huì)迅速閉鎖并且自動(dòng)報(bào)警，嚴(yán)令拒絕硬件組成設(shè)施問(wèn)題故障引發(fā)的誤動(dòng)。

圖1 保護(hù)硬件結(jié)構(gòu)框圖

2 比率縱連差動(dòng)保護(hù)的原理及邏輯圖

2.1 差動(dòng)保護(hù)的原理

2.2 比率縱連差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性（圖2）

圖2 比率縱連差動(dòng)保護(hù)特性

2.3 高值比率縱連差動(dòng)保護(hù)原理

為了避開(kāi)地區(qū)內(nèi)部嚴(yán)重問(wèn)題故障的時(shí)候，工作電流互感控制器設(shè)備因?yàn)槌浞诛柡偷扔绊懸蛩匾l(fā)的比率差動(dòng)保護(hù)產(chǎn)生延時(shí)作用動(dòng)作，設(shè)備一般設(shè)置了一系列高比率的差動(dòng)保護(hù)，穩(wěn)態(tài)高數(shù)值比率差動(dòng)的動(dòng)作運(yùn)算方程式，具體如下所示：

公式中：Ir 和Id 選取方式和上面一致。

2.4 差動(dòng)保護(hù)跳閘邏輯圖及CT 邏輯圖（圖3、圖4）

圖3 差動(dòng)保護(hù)跳閘邏輯圖

圖4 發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)CT 邏輯圖

3 差動(dòng)保護(hù)整定值的計(jì)算

3.1 相關(guān)保護(hù)定值計(jì)算

根據(jù)基礎(chǔ)參考資料發(fā)電機(jī)組系數(shù)，對(duì)發(fā)電機(jī)比率差動(dòng)保護(hù)定數(shù)值展開(kāi)運(yùn)算與復(fù)核。系數(shù)具體見(jiàn)表1。

表1 發(fā)電機(jī)的重要參數(shù)

（1）發(fā)電機(jī)一次側(cè)額定電流。額定電流=額定功率/1.732*額定電壓*功率因數(shù)=40*1000/1.732*10.5*0.85=2587；發(fā)電機(jī)二次側(cè)額定電流。二次側(cè)額定電流=一次側(cè)額定電流/發(fā)電機(jī)工作電流互感器設(shè)備變比=2587/4000=0.65。

（2）發(fā)電機(jī)比率差動(dòng)保護(hù)差動(dòng)工作電流起始有效數(shù)值Icdqd 的整定數(shù)值運(yùn)算。Icdqd 是發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的最低有效數(shù)值，應(yīng)該按照躲過(guò)正常發(fā)電機(jī)額定荷載時(shí)候的最大不均衡工作電流展開(kāi)整定運(yùn)算：

在計(jì)算方程式里：If2n 是發(fā)電機(jī)二次側(cè)的額定工作電流，Krel 是可靠參數(shù)，通常為1.5；根據(jù)DL/T 684—2012 《大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則》：現(xiàn)實(shí)情況下，能夠選取Icdqd＝（0.1~0.3）If2n＝0.3If2n，思考穩(wěn)定性、持續(xù)性等影響因素，選取為0.3 倍額定工作電流。

（3）變斜率比率縱連差動(dòng)保護(hù)斜率定值計(jì)算。比率縱連差動(dòng)保護(hù)起始斜率：

在計(jì)算方程式里：Kcc 是互感控制器設(shè)備的同型參數(shù)，選取為0.5；Ker 是互感控制器設(shè)備的有效偏差參數(shù)，選取為0.1；Krel 為保護(hù)可靠動(dòng)作系數(shù)，依據(jù)DL/T 684—2012《大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則》取1.0～2.0；Kbl1 依據(jù)DL/T 684—2012《大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則》取0.05～0.10。

比率縱連差動(dòng)保護(hù)起始斜率：Kbl1=Krel*Kcc*Ker=0.5×0.1×2=0.1，比率縱連差動(dòng)保護(hù)起始斜率Kbl1＝0.1，為提高安全性、可靠性，比率縱連差動(dòng)保護(hù)最大斜率Kbl2 一般取推薦定值Kbl2=0.5。

3.2 差動(dòng)保護(hù)性能指標(biāo)（表2）

表2 差動(dòng)保護(hù)性能指標(biāo)

3.3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際差動(dòng)保護(hù)定值（表3）

表3 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際差動(dòng)保護(hù)定值

4 發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的處理方法

4.1 故障信息

（1）上位機(jī)語(yǔ)音系統(tǒng)報(bào)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

（2）設(shè)備機(jī)組意外突發(fā)事故跳閘停機(jī)，事故光字牌點(diǎn)亮。

（3）監(jiān)控畫(huà)面發(fā)電機(jī)出口斷路器斷開(kāi)、指示燈由紅色變?yōu)榫G色。

（4）有功、無(wú)功、機(jī)組電流等數(shù)值顯示為0。

（5）現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)發(fā)電機(jī)因突然甩負(fù)荷從而發(fā)出異常聲響。

4.2 及時(shí)報(bào)送調(diào)度及廠內(nèi)領(lǐng)導(dǎo)

（1）XX 電站，姓名，時(shí)間，報(bào)警信號(hào)，故障信息，我站xx 機(jī)組與系統(tǒng)解列。

（2）通知24 h 維護(hù)人員進(jìn)廠查看情況。

（3）向運(yùn)維部、安生部領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)現(xiàn)象、征詢(xún)意見(jiàn)并說(shuō)明可能造成的后果。

（4）向公司領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)現(xiàn)象、處理過(guò)程。

4.3 發(fā)電機(jī)保護(hù)自動(dòng)跳閘后，運(yùn)行值班人員的處理辦法

（1）監(jiān)視跳閘機(jī)組的停機(jī)過(guò)程是否正常。

（2）監(jiān)視其他運(yùn)行設(shè)備潮流分布是否正常，修改調(diào)配未跳閘設(shè)備機(jī)組的各系數(shù)數(shù)值，使其加速運(yùn)行工作正常，轉(zhuǎn)化載荷。

（3）根據(jù)機(jī)組差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的情況和機(jī)組故障錄波的信息判斷故障類(lèi)型，并根據(jù)其類(lèi)型分別作相應(yīng)處理。

（4）事故處理結(jié)束后，等待調(diào)度指令，復(fù)歸故障信息，編寫(xiě)故障處理報(bào)告等。

5 結(jié)論

發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)想要準(zhǔn)確動(dòng)作，關(guān)鍵的是專(zhuān)業(yè)工作管理者要針對(duì)其展開(kāi)耐心保護(hù)與準(zhǔn)確整定運(yùn)算，在防止誤動(dòng)作的前提下，提高保護(hù)靈敏度是繼電保護(hù)專(zhuān)業(yè)組工作者需要具有的基礎(chǔ)專(zhuān)業(yè)應(yīng)用技術(shù)，增強(qiáng)對(duì)繼電保護(hù)原理的學(xué)習(xí)與提升實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)真實(shí)操控，才可以預(yù)防保護(hù)設(shè)備誤動(dòng)作意外突發(fā)事件的產(chǎn)生，才能保障機(jī)組可靠穩(wěn)定的運(yùn)行。