梁元龙
大唐国际发电股份有限公司张家口发电厂 河北张家口 075133
摘要：本文的工程背景为张家口发电厂4号机组发变组保护系统改造项目，着重分析发电机失磁保护特性等问题，对两套电量保护装置的交流电流回路设计进行阐述。全文对大型发变组系统改造应用环节研究分析，提出了见解和方案。
关键词：发变组保护、保护配置、回路设计、应用研究
0 前言
国外SIEMENS、GE、ABB等大公司生产的保护装置虽然性能完备，但是与我国专业规范和反措标准相比较，构架理念相差大,因此国内的多数大中型火电机组多从国内市场寻求更适合的保护装置[1]。本文双重化改造采用国内优秀企业南瑞和南自公司的装置。
1国内发变组保护发展的新趋势及要求
2013年底，国家能源局重新修订了《防止电力生产事故的二十五项重点要求》(简称《反措要求》)，对发变组保护定义了新反措标准，要求单机容量在100MW及以上的机组，其发变器组保护应该采用双重化配置：
（1）双重化是针对电量保护而言的（非电量保护不考虑），即机组的电量保护应该分别设置两套功能完备的保护装置，每套装置均能正确动作；
（2）两套保护装置的交流电流回路应该电流互感器相互独立的绕组；交流电压回路宜分别取自相对独立的二次绕组；保护范围交叉重叠，避免死区；
（3两套装置的装置电源应取自不同蓄电池组供电的直流母线段；
（4）220kV及以上电压等级开关必须有两个独立的跳闸线圈，每套装置（无论电量还是非电量）都必须设置两个不同的出口通道分别对应不同线圈；
（5）两套电量保护装置应该安装在不同柜体内，双重化的理念主要是考量运维可靠性 [2]。
2 保护组屏及保护配置方案
2.1保护组屏情况
4号机组是在1995年就正式投入运行的国产的汽轮发电机组，发电机、主变的主要参数见表2.1。另外主变的高压侧通过3/2母线接入500kV电网；发电机机端还引出高压厂用变压器，低压侧等级为6kV，通过两个分支为厂用电A、B段供电。
4号机发变组保护采用主后一体化保护双重化配置，发变组保护双重化装置的搭配，沿用我厂8台机组保护的经验，使用功能设计理念不同装置进行组屏搭配，此次改造任然布置3面屏柜(编号A、B、C)，两面电气量保护屏分别购置于南瑞RCS-985A型和南自升级后的DGT-801B型保护装置（均为主、后一体化）；非电量保护屏则选用DGT-801E保护，其保护种类完善。
2.2 保护配置情况
两套电量保护所设置的保护种类基本相同，但两套保护中各类元件差动保护范围继续沿用并设计相互交错的方式，是对反措中双重化要求的重要体现。
基本配置理念如下：
（1）使用高效保护原理；
（2）保护种类配置充分反应被保护对象的的各种故障及异常；
（3）双重化思路清晰，有效避免误动；
（4）非电气量保护与电气量的保护也要分开布屏[3]，以确保这两大类物理原理不同的保护功能互不影响。
3 保护原理探讨应用
3.1失磁保护判据构成
以失磁保护为例，探讨两套保护装置的主判据和辅助判据，以及在本工程中的应用。
众所周知，整个失磁过程通常要经历三个阶段：失磁起始阶段、达到静稳极限阶段、异步运行阶段，由于我厂是华北电网重要电源点，根据《反错要求》，异步圆在进相运行时，有极大优势不误动，故倾向选择。
本工程使用的两套微机保护装置失磁保护原理均采纳异步阻抗圆特性。
使用机端PT、CT二次值，计算机端阻抗，是保护的主判据，另外还要引入转子电压、主变高压侧PT二次电压等电气量构成其他辅助判据。
转子低电压判据（），装置都设置随发电机有功改变而变化的转子电压判据，当实际电压小于静稳极限要求的励磁电压值，失磁保护就应动作，转子电压是一个直流电气量，它不受交流采样影响，此判据还可防止TV断线误动。
失磁时，定子电压呈降低趋势，低电压判据可在系统（）和机端（）方式间，按发电机与系统的联系程度和容量占比选择[4]，本机组是华北电网主要电源点，且单机容量对日益庞大的电网，占比不大，一台机组失磁不能掀起整个系统电压的波澜，所以使用机端低电压（）更符合实际情况。
装置的判据具有丰富多样性，虽然牺牲了快速动作的灵敏性，保证不误动。
3.2 RCS-985A型与DGT-801B型失磁保护异步圆模型分析
RCS-985A型圆上、下端点公式：
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4 保护回路设计
笔者认为最两套电量保护的CT配置尤为重要，电流互感器的安装遍布机组一次系统，满足装置中各种保护的需求；系统中同一个部位又设置了多组电流互感器，适应于反措双重化要求。装置的主保护及后备保护在CT选取要做到了保护范围的“交叉重叠，避免死区[5]”。特别注意两套装置中四项差动保护CT配置。
对于A柜来说，发电机纵差保护使用发电机中性点BA1及机端的BA8；主变压器差动保护主变低压侧BA9和两个主开关的5031（BA02）、5031（BA02）；高厂变差动保护使用高厂变高压侧BA22和A、B两分支的BA25、BA29；这样的选择对发电机、主变及高厂变内的相间故障起到了保护。但BA9、BA8、BA22之间的封母，存在保护范围死区，增加了发变组差动保护，使用中性点BA1、主变高压侧BA11和高厂变两个分支的BA25、BA29，既对发电机、主变压器、高厂变进行了元件的再一重保护，又消除前三个差动保护范围的空白。
对于B柜来说，主要是以发电机差动保护为基础，使用发电机中性点BA2及机端的BA7；高厂变差动保护使用高厂变高压侧BA23和A、B两分支的BA27、BA31；主变差动和发变组差动保护均取了四侧电流，利用在发电机侧CT选取不同，一个取了机端BA7,一个取了中性点BA2，来进行保护范围无缝链接。
而A、B柜的同一项保护的范围在CT二次的选取大不相同，符合反措的原则。
5 发电机短路试验
我们通常将此项工作安排在发电机启动过程中，利用一次设备，使CT的一次侧有电流，来观测引入装置的各组CT二次侧幅值，确保电流回路没有开路现象，并测量相位来判断同组三相电流是否为正序。发变组保护系统在改造后，尤其是各差动保护CT极性的正确性的核对，是继电保护在短路试验中关注的关键。
由于篇幅原因只以试验时的K1短路点为例，在5032开关与5032-2隔离开关之间设置短路点K1，升流路径为：4号发电机→4号主变→5032-6主变刀闸→5032-1刀闸→5032开关→K1短路点。
K1点短路，对A装置可测试编号BA02（5032）、BA11、BA9、BA8、BA1的CT二次电流大小、相位；对B装置可测试编号BA03(5032)、BA7、BA2的CT二次电流大小、相位；同时验证这些CT之间的向量关系，判断差动接线正确性；观测差流大小，判明保护不误动。
6 总结
本文主要内容是对发变组保护系统进行改造，满足《反措要求》和相关规程的标准要求。结合最终机组对保护的需求，对比研究新保护原理，斟酌具体保护回路，应用于工程。
参考文献
[1] 李玮．超超临界机组发变组保护技术研究[D]．北京：华北电力大学，2012．
[2] 国家能源局．防止电力生产事故的二十五项重点要求[S]．北京：中国电力出版社，2014．
[3] 龙波，艾昶恩，曹扬．变压器继电保护技术及配置方案研究[J]．仪表用户，2014（5）：37－38．
[4] 梁国艳．发电机失磁保护判据的应用[J]．大众用电，2011（6）：28－28．
[5] 张志敏．如何做好变电站综合自动化改造工程[J]．内蒙古科技与经济，2013（15）：96－98．