摘要:不完全差动保护作为瀑布沟水轮发电机主保护，可靠性高，能迅速切除保护范围内故障，其中CT极性及二次回路接线关系到不完全差动保护能否正确动作，以及是否会拒动的问题。通过对阿海珐发电机保护装置及南瑞发电机保护装置不完全差动保护原理进行对比分析，结合发电机保护改造契机，介绍瀑布沟水电站采取的差动保护回路改造施工方案，该方案最终经投产试验验证，满足继电保护可靠性要求。
关键词:不完全差动保护；二次回路；CT极性。
引言:
按照《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》关于继电保护专业重点实施要求，双重化配置的线路、变压器和单元制接线方式的发变组应使用主、后一体化的保护装置，瀑布沟水电站现有的阿海珐保护装置不满足主后备保护一体化的反措要求，且阿海珐保护装置故障率高，在投运的10年多时间里，已有多次主设备保护装置发生硬件故障，故确定利用机组B修，逐年将阿海珐保护装置改造为南瑞RCS985GW发电机保护装置。因两个保护厂家装置保护原理略有不同，装置开入、开出等回路需要做相应修改，其中电流互感器回路接线方式，涉及到不完全差动保护、失磁保护、失步保护以及逆功率保护，因此在改造过程中，结合保护原理讨论出最优施工方案，保证回路正确性。
1.阿海珐与南瑞差动保护对比分析
瀑布沟水电站发电机不完全差动保护作为发电机主保护，不完全纵差保护除保护定子绕组的相间短路之外，尚能反应定子线棒开焊及某些匝间短路，且保护可靠性高，保护范围内故障时能迅速切除故障，发生穿越性故障时，保护可靠不误动。瀑布沟水电站机组中性点共6分支，取123或456分支电流作为中性点电流，CT变比15000/1，机端电流取发电机机端全电流，CT变比30000/1，示意图1如下：
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图1
结合以上瀑布沟水电站发电机差动保护原理图可知，阿海珐保护装置所用CT二次回路采用减极性的接法，即正常运行时，流入保护装置的发电机中性点及发电机机端电流方向相反，即相差180°。
阿海珐差动保护将流入中性点CT通道和发电机机端CT通道的电流计算矢量和作为差动电流，矢量差除2作为制动电流，因此正常运行或差动保护保护范围外发生故障时，装置计算所得差流为0，装置可靠不动作；当发电机内部发生故障时，流入发电机保护装置的中性点电流和发电机机端电流同相位，装置计算所得电流即短路电流，该电流很大，保护装置能可靠动作。
南瑞RCS985GW发电机保护装置将流入中性点CT通道和发电机机端CT通道的电流计算矢量差作为差动电流，矢量和除2作为制动电流，因此正常运行或差动保护保护范围外发生故障时，装置计算所得差流为两倍负荷电流，且制动电流为0，装置将误动作；当发电机内部发生故障时，流入发电机保护装置的中性点电流和发电机机端电流同相位，装置计算所得差动电流为0，保护装置将拒动。
因此瀑布沟发电机保护装置换型后，若按照原有差动CT回路接线方式将中性点及机端电流接入南瑞RCS985GW保护装置，不完全差动保护不满足继电保护可靠性、选择性的要求。需对差动保护CT回路或差动保护计算逻辑进行修改，从而满足差动CT回路与保护装置差动原理相对应，保证发电机不完全差动保护的可靠性、选择性。
2.选择改造实施方案
根据阿海珐、南瑞发电机保护装置在不完全差动差流计算方法差别，以及现场回路实际情况，初步选定三种改造实施方案。
方案一：更改南瑞保护装置内部CT极性定义，即联系南瑞继电保护厂家，修改RCS985GW保护装置内部参数设置。
方案二：调节现有CT二次回路接线，即在发电机中性点端子箱或发电机极端端子箱端子排上调整CT回路接法。
方案三：调节现有CT一次侧方向，即调整CT本体一次极性标注P1、P2的朝向。
通过对比分析，以上方案各有优缺点，
方案一：
优点：不需要修改现有保护CT回路，改造工作量小。
缺点：修改南瑞保护出厂配置，不符合统一性标准，存在版本升级后未改配置，保护误动作的风险。
方案二：
优点：不需修改南瑞保护出厂配置，符合统一性标准，安全可靠。
缺点：需要修改现有CT二次回路接线，考虑CT二次回路修改对失磁、失步保护阻抗判据的影响，对发电机逆功率保护的影响等，同时必须通过发电机短路试验，验证CT二次回路相序及极性正确。
方案三：
缺点：需对发电机中性点一次设备或机端母排进行拆装，工作量大。
综观以上三种方案的比较，方案一最为简单，但从长期考虑，若后续发电机保护软件升级等工作会造成隐患，方案二与方案三相对而言，安全可靠，但是方案三工作量最大。根据施工便捷性、设备运行安全可靠性等要求将方案二定为最终的选择方案。
对于方案二，可以在机组中性点修改CT二次回路接线，也可以在机端出口CT修改二次回路接线，但由于机组中性点CT不仅仅用于发电机差动保护，发电机失磁保护、失步保护也共用中性点CT，修改之后，影响发电机失磁、失步保护阻抗判据，可能造成失磁、失步保护拒动，因此，采取在发电机机端CT端子箱进行回路修改。最终的改造施工原理图如图2所示。
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图2
3.确定试验验证方案
按照以上方法修改发电机机端CT二次回路接法后，需要试验检查CT回路的完好性、正确性和电流回路极性、相位等，对电流回路保护进行验证，检查差动保护是否能可靠动作，发电机失磁、失步保护阻抗计算是否正确。
在主变低压侧设置短路试验点，如图3，对所属设备进行升流、升压试验，验证差动保护极性是否正确。对主变高压侧接三相短路板、发电机零起升压的方式验证发电机失磁保护、失步保护阻抗计算正确性。
试验时，需对发电机1号保护屏、2号保护屏分别进行验证，且确保试验过程中必须有一套保护在投入，不能出现无保护运行工况。
以1号保护屏试验为例，升流至试验值时，退出1号保护屏跳灭磁开关、停机去调速器、停机去水机保护出口压板，逐相短接发电机1号保护屏中性点分支电流，观察差流变化情况，投入不完全差动压板，检查保护动作情况，并进行记录，如表1。
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图3
4.结语
瀑布沟3台水轮发电机组均已完成保护装置换型改造，按照以上方法修改发电机机端CT二次回路接法，在调试过程中，发电机不完全纵差保护动作正常；在改造后机组启动试验方案中，通过采用主变高压侧接三相短路板、发电机零起升压的方式，最终验证发电机不完全差动保护极性正确，同时发电机失磁、失步保护阻抗计算正确，发电机不完全差动保护电流回路满足继电保护可靠性要求。通过调整发电机机端CT回路接法从而保证差动保护可靠性的方法，在后续瀑布沟发电机保护改造中值得推广。
参考文献：
[1]上海AREVA电力自动化有限公司.MiCOM P340技术说明书（v1.B）.2005.10.
[2]南京南瑞继保电气有限公司.PCS-985GW_X_说明书_国内中文_国内标准版_X_R1.03.