RCS-985大型發變組微機保護在伊敏電廠的應用

　　0引言
　　
　　內蒙古伊敏電廠裝機容量為2×500MW，是我國第1座煤電聯營大型坑口電站，年發電量在4TW·h以上，是東北地區“西電東送”、“北電南送”電力工業布局中的一個重要環節。電廠發電機和二次保護設備均由俄羅斯提供，但由于采用的保護是老式的分立式電磁型和晶體管保護，存在較多問題，所以在2002年2號機的保護更新改造中，選定了由南京南瑞繼保電氣有限公司研制的新型發變組保護裝置RCS-985。
　　
　　本文針對伊敏電廠現有的俄羅斯發變組保護存在的問題，根據國家電力公司2002年《“防止電力生產重大事故的二十五項重點要求”繼電保護實施細則》的要求，結合新型發變組保護裝置RCS-985的功能特點，闡述了在大型機組（包括主變壓器、發電機、高廠變、勵磁機）上實現雙套主保護、雙套異常運行保護、雙套后備保護的*雙重化的設計及保護功能配置方案”。
　　
　　12號機組保護配置的原則
　　
　　對于2號機組，按照雙套主保護、雙套異常運行保護、雙套后備保護*雙重化的原則進行設計和配置。
　　
　　由于大型火電機組本身以及對于整個電力系統的重要性，《“防止電力生產重大事故的二十五項重點要求”繼電保護實施細則》中明確指出：100MW及以上容量的發變組微機保護應按雙重化配置，每套保護均含完整的差動及后備保護。
　　
　　RCS-985發變組微機保護的配置吸收了線路微機保護雙主雙后配置的思想，采用的硬件平臺和軟件技術，*改變了以往發變組微機保護基本上是分立式保護的翻版的模式，實現了大型發變組保護一體化，使大型機組*雙重化配置更加簡單，不僅提高了大型機組的安全性和可靠性，也給設計、運行、管理提供了極大的方便。
　　
　　22號機組屏柜配置及組屏設計
　　
　　對于伊敏電廠2號發變組單元，共配置A，B，C等3塊保護屏，如圖1所示。　　
　　其中，A，B兩塊屏配置兩套相同的裝置RCS-985，實現了發變組所有電量保護的雙重化，并且A，B屏的出口*獨立。
　　
　　由于主變、廠變等非電量保護為強電操作，回路較多，外部干擾多，因此，非電量保護單獨組成C屏。C屏配置的保護裝置包含兩套非電量保護裝置RCS—974G，由單獨的CPU記錄非電量保護的動作。非電量保護裝置還包含非全相保護和啟動失靈功能。電流回路、出口回路獨立于A，B屏的回路，符合反措要求。
　　
　　為使現場運行方便、靈活、可靠，組屏設計有以下特點：
　　
　　a.充分考慮每套保護的獨立性和互為后備的要求。每塊屏柜的交流電流和交流電壓回路、直流電源和熔斷器回路*獨立；裝置保護電源和非電量保護電源相互獨立；均有電源監視回路，以提高裝置的可靠性。
　　
　　b.將A，B屏柜按交流電流、交流電壓、輸入回路、出口回路、信號回路等共分為7組，使接線規律清晰、簡單，制造與使用界面清晰，以及制造更加標準化。
　　
　　c.屏柜上每個保護均設有投退及跳閘出口硬壓板，當一塊屏柜的回路、裝置等出現異常而需要退出運行時，只需解除本屏柜的出口壓板，不影響機組的運行。
　　
　　32號機組電流互感器、電壓互感器及出口配置
　　
　　電流互感器配置如圖1所示，主后備保護共用一組電流互感器，兩套電量保護裝置RCS—985采用不同組電流互感器，電流回路清晰、簡單。主變高壓側、發電機機端、發電機中性點、高廠變各側只需配置兩組保護用電流互感器，對于零序及橫差電流互感器，由于只有一組，串接接人兩套裝置。
　　
　　電壓互感器配置如圖l所示，A，B屏接相同的電壓互感器。機端配置兩組電壓互感器，它們均接入A，B屏，一組電壓互感器斷線時，保護裝置自動切換至正常電壓互感器，發電機相間后備保護和發電機異常運行保護均不受影響。
　　
　　出口回路按照雙重化配置。2號機組高壓側是一個半接線，邊開關和中開關均為兩個跳閘線圈，A，B屏保護裝置各跳邊開關和中開關的一個跳閘線圈，C屏保護出口同時動作于邊開關和中開關的兩個跳閘線圈。對于跳滅磁開關、關閉主汽門等出口方式，A，B，C屏的出口接點并接輸出。
　　
　　42號機組保護配置方案
　　
　　4.1總體方案
　　
　　根據伊敏電廠2號機組要求，每臺RCS—985發變組保護裝置具體實現以下保護功能：
　　
　　a．發電機內部故障主保護：裂相橫差、高靈敏單元件橫差保護，發電機縱差保護。
　　
　　b．發電機異常運行及后備保護：定子接地保護，轉子接地保護，失磁保護，失步保護，頻率保護，逆功率保護，相間后備保護，定子過負荷保護，轉子表層負序過負荷保護，過電壓保護，過勵磁保護。
　　
　　c．主變保護：發變組差動保護，主變差動保護，主變相間后備保護，主變零序保護。
　　
　　d．高廠變保護：高廠變差動保護，高廠變后備保護，分支后備保護。
　　
　　e．勵磁機保護：勵磁機差動保護，勵磁機過流、過負荷保護。
　　
　　f．非電量保護：斷水保護，熱工保護等非電量保護。
　　
　　正常運行時，A，B屏均投入上述保護（轉子接地保護一般只投入一套，需要時可以切換至另一套），實現了發變組保護真正意義上的雙主雙后。
　　
　　對于發變組差動、變壓器差動，裝置提供兩種涌流判別原理，分別為二次諧波原理和波形判別原理，一套裝置中差動保護投二次諧波原理，另一套裝置投波形判別原理。
　　
　　4.2發電機內部故障主保護多重化配置方案
　　
　　2號機組定子繞組為兩支路Y型鏈接，中性點側引出6個端子，如圖1所示。針對可能出現的相間短路、同相同分支匝間短路、同相不同分支匝間短路、不同相兩分支短路以及分支開焊故障，每臺RCS-985中都配置了高靈敏單元件橫差保護、裂相橫差保護、發電機縱差保護等3套不同原理的主保護，兩臺RCS-985就實現了發電機內部故障的六重化配置。
　　
　　4.2.1浮動門檻和電流比率制動相結合的高靈敏橫差保護
　　
　　大量試驗研究和運行實踐表明：裝設在發電機兩個中性點聯線上的單元件橫差保護不僅能反應發電機定子繞組匝間短路、定子分支開焊故障，還能反應發電機定子繞組相間短路（但不反應機端相間短路），具有接線簡單、功能齊全等優點，因而作為2號機組內部故障的主保護。
　　
　　在RCS-985中，提出并實現了浮動門檻和電流比率制動相結合的高靈敏橫差保護的新原理。它有以下技術特點：
　　
　　a．采用加權相電流比率制動。對于區外故障，加權相電流增加很大，能可靠制動；對于匝間輕微故障，橫差電流增加較大，而相電流變化不大，有很高的動作靈敏度；對于定子相間故障，橫差電流增加很大，而相電流增加也比較大，僅以小比率相電流增量做制動，保證了橫差可靠動作。
　　
　　b．采用浮動門檻技術躲過對其他工況（不同負載、電壓升高、失磁故障等）下橫差不平衡電流的增大。
　　
　　c．頻率跟蹤與數字濾波器相結合。頻率偏移時，3次諧波濾過比仍大于100。
　　
　　由于采取了以上措施，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，區內故障靈敏動作，區外故障可靠制動。
　　
　　4.2.2裂相橫差保護
　　
　　由于2號機組每相為雙分支，并且中性點所有端子全部引出，所以將裂相橫差保護作為內部故障時的另一重主保護。
　　
　　裂相橫差原理接線如圖2所示。當定子繞組發生一分支的匝間短路（K1）、同相不同分支間的匝間短路（K3）和不同相兩分支相間短路（K2）時，裂相橫差保護均能動作；對于大負荷時一分支開焊（K4）時，裂相橫差保護也有反應。因此，裂相橫差保護也是發電機定子繞組所有內部故障的主保護。在RCS-985中，裂相橫差保護采用比率制動原理，動作判據和縱差保護一樣，具有很高的靈敏度。　　
　　4.2.3高靈敏的發電機縱差保護
　　
　　發電機縱差保護可以很好地保護定子相間短路（包括橫差所不能反應的機端相間短路），因此，它也是發電機內部故障主保護中不可替代的。
　　
　　在RCS-985中，包括工頻變化量比率差動、變斜率比率差動及高值比率差動等3種原理的發電機縱差保護，它們具有以下技術特點：
　　
　　a．將工頻變化量原理引入發電機縱差。工頻變化量比率差動只反應故障分量，不受發電機正常運行時負荷電流的影響，受過渡電阻影響很小，極大地提高了發電機、變壓器內部輕微故障時保護的靈敏度；采取浮動門檻等自適應技術，區外故障不會誤動。
　　
　　b．變斜率比率差動動作特性較好地與差流不平衡電流配合。與傳統縱差相比，增加了靈敏動作區，減少了易誤動區；由于一開始就帶制動并且采用了頻率跟蹤技術，因此，差動起始定值可以安全地降低，提高了發電機內部輕微故障時尤其是機組啟停過程中（45Hz～55Hz）內部輕微故障差動保護的靈敏度。
　　
　　c．高值比率差動由高比率制動系數抗電流互感器飽和，區內嚴重故障時快速動作。
　　
　　4.2.4對大型水輪機組保護配置的借鑒意義
　　
　　發電機內部故障采用3套不同原理六重化配置的主保護方案，對于多分支分布中性點的大型水輪發電機組的保護配置同樣適用。以三峽機組為例，可以將高靈敏單元件橫差保護作為三峽大型發電機內部故障的*靈敏主保護，對于發電機內部相間短路和匝間短路，均能可靠動作；三峽機組大部分為5分支或8分支，將每相并聯分支數一分為二，配置裂相橫差保護作為另一重主保護，不僅能保證在情況下橫差拒動時可靠的后備功能，而且它和單元件橫差保護一起，能對定子繞組開焊起到一定的保護作用，具有很高的靈敏度；同時，配置變斜率比率差動、工頻變化量差動及高值比率差動作為相間故障的另一重主保護。
　　
　　5運行情況
　　
　　保護自投運以來，工作穩定。2002年9月15日，程序逆功率保護正確動作。由于采用了雙主雙后的配置，給運行帶來了很大的方便，提高了保護的可靠性。同時，由于采用了雙CPU系統結構和DSP技術，具有完善的自檢功能和錄波功能，無須人為檢查，維護工作量很少。2003年1號機組保護改造將繼續選用RCS—985裝置。
　　
　　6結論
　　
　　a．伊敏電廠2號機組實現的雙套主保護、雙套異常運行保護、雙套后備保護的*雙重化的設計及保護功能配置方案具有以下優點：運行方便，安全可靠；設計簡潔，二次回路清晰；調試和維護方便。
　　
　　b．RCS-985微機發電機變壓器組成套保護裝置采用主后備保護一體化方案，設計合理，原理*，性能*，調試維護方便，使得大型發變組保護的雙主雙后備設計能很方便地實現。
　　
　　c．發電機內部故障主保護的3套不同原理六重化配置的方案，對多分支分布中性點的大型發電機組的保護配置具有一定的借鑒意義。
　　
　　d．雙主雙后的發變組保護方案將成為大機組微機保護的選型趨勢。