摘要：电力系统安全运行直接关乎社会及经济发展。将电力系统安全作为电力企业日常运营及发展中的重点内容，采用正确的方式，实施发变组差动保护配置，将电力系统故障问题降到最低，使电力系统更加安全、可靠，为人们提供优质用电环境。
关键词：发电厂；差动保护；配置方案
前言
电能在人们日常生活及工作过程中不可或缺，电力系统安全问题备受重视。发变组属关键设备，一旦出现故障，很容易干扰电力系统整体运行，使其处于停滞状态，无法正常工作。发变组安全保护问题是电力系统中的重点内容。给发变组配置保护一直继电保护专业的一个复杂课题，它本身不是单一元件的保护而是发电机和变压器的组合保护。还有它除了涉及电气量的联系还涉及电磁量的联系。再有还需考虑和汽轮机、自动控制的配合问题。在实践中踏着前人的足迹，在现有的保护配置状态上不断改进，在可靠与简化之间来回平衡。
1、国内外发变组微机保护双重化的发展及理论研究
1.1、国内外发变组微机保护双重化的发展
微机保护技术中含金量最高的是大型发变组微机，国外拥有此产品技术的电气设备公司也屈指可数。处于领先地位的发电机保护装置的公司有阿尔斯通、ABB公司、GE公司、SIEMENS公司等其他类型装置，这些保护装置保护层次清晰、结构合理，软件调节功能齐全，在实际应用中有成熟的技术和运行经验，人机互动性好，开发出来的产品应用较早。国内发变组微机保护装置的研究始于改革开放后，国内部分主要的电气设备公司和著名大学合作开发，将新原理和高新科技应用成果应用至其中，发变组保护装置性能得到了大幅度的提高。经过长时间的运行实践，国内主要的电气设备公司也积累了很多宝贵的经验财富，对发变组微机保护装置的研究做出了很大的贡献。
1.2、国内外发变组微机保护双重化的理论研究
发变组保护的类型有很多种，主要有以下几类：①内部短路的主保护，方案主要是纵差保护、横差保护、故障分析量负序功率方向+纵向零序电压、不完全纵差保护；②定子接地保护，主要方案是基波零序电压、自适应式三次谐波电压式、注入式励磁回路接地保护；③低励失磁保护，主要是定子和转子判据。除以上三种保护外，还有失步保护、负序电流保护和异常运行的其他保护。机组容量、故障类型、故障点不同，采用的原理也不完全相同。
2、发变组微机保护双重化配置的必要性与要求
发电厂的核心设备是发电机与变压器，统称为发变组，主要是指单元式发电系统。随着微机保护领域的不断拓宽，双后配置成功应用到了线路微机保护中。发变组微机保护装置技术也不甘落后，也对装置配置加以提升改进。发变组实现双重化配置的优点是减省了很多工作，并且可大大提升动作灵敏性，对于后期的保护调试、定制修改等很多工作都得到了一定程度的减轻。最至关重要的是可快速查询保护参数，可以大幅提高电流、电压的精确性。可实时记录保护动作的参数，这些数据对于单元管理机的故障分析提供了重要的依据。应用双重化保护装置，在设计、运行、管理等方面提供很大的便利，大型发变机组运行安全系数高。
结合发电机和变压器要求，实施发变组差动保护配置。该过程中，需要考量的相关指标有发电机容量、接线和接地方式、发电机运行模式等。实际保护内容有主保护、后备保护及发电机异常运行保护。可采用双套配置方式，使各装置实现保护功能承担，设备存在故障，立即重启。
3、发变组的一次部分概述与理念转变
通常在大型发电厂，发电机出口一般不安装断路器而接到主变压器，通过主变高压侧装设断路器接入高压母线。此外，维持发电机运行的重要辅机不能断电，给辅机的供电的是机端出口带高压厂用变压器。因此，发电机、主变、高厂变一次部分按封闭的单元制接线方式。在考虑发变组保护配置问题时要把这三个元件作为一个整体加以考虑。
老式继电保护是由多个继电器按各种功能需要搭建而成。继电器本身误差较大可靠性也不够高，在保护的配置上倾向于增加保护重叠区来提高发电机的安全性。但各种继电器的组线会造成回路过于复杂。在提高了可靠性同时增加了误动的可能。然而，微机型的保护通过采集量数字化大大提高其动作的精度。这样，保护配置的多对提高保护的可靠性没有明显帮助。所以单纯地提高保护的重叠部分意义不大。相反，保护的重叠部分越多会增加CPU运行的负担，会造成计算速度变慢甚至死机。
因此，在保护配置理念上需转变：针对微机型的保护采用独立的硬件和分散的系统去降低保护故障带来的风险。主保护增强其功能上的可靠性，采取硬件双重化。后备保护取消不必要的保护区重叠，适当的简化。后备保护要考虑的是原理上的后备和硬件上后备。
4、发变组保护配置基本原则
发变组的保护配置的基本原则：当机组发生各种短路故障，相应的主保护和后备保护能够快速切除；当机组发生各种异常运行工况，保护能够准确报警。机组在运行情况下，主保护禁止退出。从发电机本体考虑，当发电机内部发生短路故障时不允许发电机转子表层长时间发热；当发电机外部发生短路故障时也不允许因电流过大而使得发电机过热受到损伤。理论上说发变组本身的故障都应由主保护会切除，但要考虑两种特殊情况：
(1)区内故障主保护发生拒动的情况。(2)区外故障主保护正确不动作但相邻元件保护拒动没有切除故障，短路电流持续一段时间后热积累达到一定值也会损伤发电机，这是就要求后备保护动作去切除故障。因此，发变组保护对切除故障的时间性有相当高的要求。从发电机主轴机械受力角度考虑，大型汽轮发电机的主轴非常长，而主轴越长对机械扭力要求越高，所以发电机发生故障后，若没有尽快切除故障，则巨大的机械扭力可能会对发电机主轴造成不可逆的损伤，而发电机主轴造价非常高一旦发生损坏损失相当大。因此，发变组的保护对切除故障的可靠性有相当高的要求。
5、发变组微机保护双重化配置的特点
5.1、新型的保护原理
发电机变压器组装置的原理是复杂的，得到应用的原理主要有以下几种，工频变化量原理、变斜率比率差动保护原理、异步法TA饱和判据、电流制动和浮动门槛相结合的高灵敏横差、零序电压匝间保护原理。
5.2、高性能的硬件及高端的软件技术
控制系统有两个CPU，系统均具备相互独立的32位微处理器、两个DSP的硬件构造，在任意采样时间内可以对所有继电器进行采样分析计算，富裕的空间很大。出口跳闸由双CPU系统协同作用，可以有效防止保护装置由于硬件保障而引起的误动操作。
软件模块化采用开放式平台，保护配置更加灵活，保护动作更加灵敏，功能调整更加便利，能够迅速进行所有主保护和后备保护的动作，所以其功能能够得到应用。
5.3、强电磁兼容性
发变组保护装置的强弱电将整体面板、全封闭机箱彻底隔离，摈弃传统背板配线模式。通过软件设计应用抗干扰手段，抗干扰的能力远大于国家规定的标准。
5.4、装置监视透明化
实时监视装置的优点是监视装置内部、对各回路单独采样。具有对多个采样数据及内部标志数据进行分析整理的功能，若出现TA、TV回路不正常等任何其他情况，装置立即发出报警指示，方便装置及早发现问题，早解决，将隐患消灭至摇篮之中。
5.5、完善的自检功能、独立的录波功能
微机保护装置具有实时对各回路动态检查的功能，若有零件受损，可以及时启动闭锁装置及报警信号指示。CPU板录波用来记录保护各种原始模拟量、中间模拟量、保护的出口状态等，管理板录波，设有完格的故障录波功能数据库，可以长达8s连续记录所有模拟量、开入量、保护动作量波形数据，便于以后的录波功能查阅。
6、发变组微机保护双重化配置出现的问题及解决方法
6.1、国产化保护装置力量的薄弱
发变组的保护装置在运行过程仍存在一定程度的缺陷。电力系统双重化保护发展较迟，技术力量基础相对薄弱，发变组系统很多问题交由保护来处理，应该设计简单的结构，从而更好地提高其安全性。这样会造成继电保护不堪一击、繁杂，主设备保护复杂化主要表现在外机组容量级别多、电压等级也多和主接线类型多。我们应该统一起来保护人员和设计人员对保护概念的理解，这样才能更好地将相同设备和系统保护配置的内容统一起来。缩小保护配置的内容的差距。我们要尽快开发先进的保护装置来适应电力系统的迅猛发展，保护装置要向结构层次清晰、功能齐全、硬件模块化、软件集成化、配置灵活化等方向进行开发。
6.2、传统机组保护方案不精确
双通话配置主要包括主变差动、发电机差动与发变组差动等其他保护功能，以前的机组仅仅应用了差动保护。短路保护有匝间保护等几种，差动保护不能准确反应出这几种保护所对应的短路保障，如果因为回路或装置发生事故，保护功能将立即退出，发动机无法正常运转。发电机的其他故障专用保护，分别保护机组不同的保障需求，这几种保护不能相互替代，相互独立运作。这几种保护仅仅一种因一段短路而造成故障，导致保护功能立即退出，发电机短时间带病运转，对一台大型机组来说，有着相当大的风险。我们通过摈弃传统的保护设计思想，大胆采用吸收线路微机保护双主双后配置的理念，结合先进的硬件和软件技术，改造大型机组，按照双主双后的完全双重化的要求，尽快完全实施应用发变组保护一体化。
6.3、微机保护灵活性差
继电保护出现在发变组微机保护之前，继电保护的特点是，继电器各自作用，通过逻辑组成，既能满足不同设备的要求，灵活性也较大。随着时间和环境因素的改变，后期调试的劳动强度大。因此开发了微机保护装置，没有将此方式沿用下来，新的问题就出现了，微机保护的灵活性也下降了。为了提高微机保护装置的灵活性，要保留以前的优点，在开发新的保护装置时，重要的前提就是确立模块的标准化接口，逻辑模块才能更加明了和简单。开发新的软件将过去的做法融入进去，让逻辑模块化，继电器相互独立，继电器逻辑改变其逻辑模块也跟着改变，若升级，只改对应模块，互不干扰。
6.4、主设备双重化保护不独立
为了确保可靠性发变组的主保护应双重化配置。所谓发变组主保护双重化是指：(1)两套保护拥有分别独立的微机保护装置，保护区覆盖发电机、主变压器和高压厂变。微机保护装置的CPU可以完成卜2个主保护和2-10个后备保护(2)两套保护二次采集回路完全独立，在采集二次电压、电流值上能起到互相比对作用；(3)两套保护动作跳闸出口回路连接到各自的跳闸线圈，使得两套保护在电气信号输出上无任何联系。简而言之，单套保护也能满足继电保护所有设计要求，并且可以完全独立运行提供发电机的所有安全保障。即使运行单套保护都能满足要求，那双重化配置势必进一步提高其运行可靠性。然而，主保护的双重化尽量不使用两套完全相同的保护。因为它们结构相同、功能相同、动作特性相同、信号报警相同，一旦在设计上存在逻辑缺陷无法起到互补作用。
保护双重化有两种方案，两种方案的优缺点分析如表1所示。
若考虑主保护拒动而由后备保护来跳闸，那么主设备将会严重烧坏，因此在超高压电网的实际运行中，要尽快落实保护双重化的配置，硬件成本不断下降，两套独立的保护尽快应用到数字式主设备保护运行之中，积极贯彻实施符合国家规定的规程。将以上两种方案有机结合起来，更好地解决双重化配置难题。
6.5、微机保护软件功能局限
微机保护装置大量应用在发变组保护中，产品更新速度快，硬件在装置总成本中所占的比重逐渐下降，硬件的技术是相对成熟的，但是硬件的更新速度跟不上软件的更新速度，变相地一定程度上缩短了产品的寿命周期。我们要创新思想，改变微机保护装置的软件设计思维，不同保护装置软件的功能不同，软件的实用性要强，将保护的各种复杂繁琐的功能由合适的软件来达到目标。实际运用中的保护装置是动态变化的，经常修改相应的软件，更新现有的技术，产品及时改型，从而可以提高双重保护装置的可靠性，更好地应用在发电组微机保护装置中。
6.6、发变组后备保护简化
发变组后备保护可以适当简化：发变组主保护已经有双重化的配置要求，需要用后备保护来切除发变组故障的概率很小。后备保护之间存在很多互相重叠的保护功能。另外，通常大型发电机经过主变压器升压后，并接到220kv或500kv电压的母线上。母线有双重化的母差保护，相邻线路有双重化的线路保护，所以发变组后备保护不需要的保护区伸到母线或相邻线路上。相反，后备保护的相互重叠及不必要的扩大后备保护的保护区都会增加了误动作的概率。对于发变组的区内故障又希望能可靠切除减小对母线产生冲击。因此，适当简化发变组的后备保护而提高其动作的准确性是一个发展方向。
7、结束语
发变组微机实现双重化保护配置可提高继电保护的可靠性，最终保证电力系统的稳定性，鉴于当前双重化配置中出现的问题，还需要进一步的技术突破，需要各个部门的相互配合，不断寻找解决问题的方法。
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