美國GE公司SR系列保護(hù)裝置在國產(chǎn)300MW機(jī)組保護(hù)上的應(yīng)用

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文章摘要： 　　一、SR489發(fā)電機(jī)管理繼電器及SR745變壓器管理繼電器功能介紹 　　

（一） SR489發(fā)電機(jī)管理繼電器

SR489發(fā)電機(jī)管理繼電器提供了經(jīng)濟(jì)的保護(hù)、測量和監(jiān)視功能。它能作為同步發(fā)電機(jī)和頻率為25、50和60Hz的感應(yīng)發(fā)電機(jī)的主保護(hù)或后備保護(hù)。也可以用于保護(hù)主要發(fā)電機(jī)、備用發(fā)電機(jī)或者聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)。 　　SR489具有綜合的保護(hù)功能：差動(dòng)保護(hù)、100%定子接地保護(hù)、接地方向過流保護(hù)、負(fù)序過流保護(hù)、高整定值過電流保護(hù)、低電壓閉鎖過流保護(hù)、過/低電壓保護(hù)、過/低頻率保護(hù)、距離保護(hù)和逆功率保護(hù)。

一、SR489發(fā)電機(jī)管理繼電器及SR745變壓器管理繼電器功能介紹

　?。ㄒ唬?SR489發(fā)電機(jī)管理繼電器

　　SR489發(fā)電機(jī)管理繼電器提供了經(jīng)濟(jì)的保護(hù)、測量和監(jiān)視功能。它能作為同步發(fā)電機(jī)和頻率為25、50和60Hz的感應(yīng)發(fā)電機(jī)的主保護(hù)或后備保護(hù)。也可以用于保護(hù)主要發(fā)電機(jī)、備用發(fā)電機(jī)或者聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)。

　　SR489具有綜合的保護(hù)功能：差動(dòng)保護(hù)、100%定子接地保護(hù)、接地方向過流保護(hù)、負(fù)序過流保護(hù)、高整定值過電流保護(hù)、低電壓閉鎖過流保護(hù)、過/低電壓保護(hù)、過/低頻率保護(hù)、距離保護(hù)和逆功率保護(hù)。與同步發(fā)電機(jī)相適應(yīng)的保護(hù)還包括：過勵(lì)磁保護(hù)、失磁保護(hù)、意外加電壓保護(hù)。

　　監(jiān)視功能包括：電流有效值、負(fù)序電流、電壓、三相功率和12個(gè)RTD溫度輸入量。

　　PT斷線和斷路器運(yùn)行監(jiān)視及故障報(bào)警。

　　4個(gè)模擬量輸入可用于監(jiān)測發(fā)電機(jī)的振動(dòng)或控制變送器，4個(gè)模擬量輸出信道可以被設(shè)定為反映任何測量得到的參數(shù)，可取代昂貴的變送器。數(shù)字量輸入可用于通過489為保護(hù)、控制和診斷等發(fā)送信號。

　　作為事件記錄功能，489將捕捉和存儲(chǔ)最后40個(gè)事件，記錄發(fā)生的時(shí)間、日期和原因。所有的跳閘功能都劃歸為事件。報(bào)警功能可以選擇作為事件。測量參數(shù)的快速取樣將與事件一起讀出或在前面板顯示屏上查看。

　　當(dāng)處理故障時(shí)，事件記錄將是一個(gè)很有價(jià)值的工具。事件順序記錄可用于指示究竟發(fā)生了什么，而測量參數(shù)的快速取樣使得可以對問題作出完善的診斷。

　　SR489具備波形捕捉功能，SR489對電流和電壓輸入以每周波12點(diǎn)的速率采樣。這些采樣被存儲(chǔ)在可配置的緩沖器中長達(dá)64周波。觸發(fā)位置的整定允許用戶去定義觸發(fā)前后的緩沖器中的周波長度。

　　跟蹤記憶，通過通訊端口，可以從繼電器中取出。它可以用與繼電器一起提供的489PC顯示出來。這使用戶在處理故障時(shí)可以檢查測量信號的數(shù)值和相位關(guān)系。

　　SR489具有完善的在受電和正常運(yùn)行背景下進(jìn)行完善的自檢功能，自檢出的故障將觸發(fā)報(bào)警。

　　用戶界面，包括一個(gè)40位字符的顯示器和鍵盤，前面板的22個(gè)LED指示燈用于指示SR489、發(fā)電機(jī)和輸出繼電器的狀態(tài)。前面板上一個(gè)RS232端口易于計(jì)算機(jī)相連，后面板上兩個(gè)RS485端口提供給遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)相連。數(shù)據(jù)傳輸速率為300~19200bps。三個(gè)端口可同時(shí)傳送數(shù)據(jù)到DCS、SCADA、PLC或PC。提供基于Windows的支持軟件。

　?。ǘ?SR745變壓器管理繼電器

　　745繼電器是基于多處理器的高速的三相式、兩或三繞組變壓器管理繼電器，用于大、中、小型變壓器的主保護(hù)和管理。

　　裝于一個(gè)經(jīng)濟(jì)型殼體中的745繼電器包括比例式差動(dòng)、過電流、頻率和過激磁等保護(hù)元件以及監(jiān)視各次諧波量和總諧波崎變量(THD）等。

　　745提供各種自適應(yīng)保護(hù)功能。自適應(yīng)的諧波制動(dòng) - 防止變壓器涌流時(shí)誤跳閘。自適應(yīng)的延時(shí)過電流元件-當(dāng)變壓器帶高次諧波負(fù)荷時(shí)，根據(jù)計(jì)算的變壓器承受的過電流能力,自動(dòng)調(diào)整過電流的整定值。整定組多達(dá)4個(gè)—用戶可以根據(jù)電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀況對繼電保護(hù)的要求動(dòng)態(tài)地進(jìn)行分組整定。電流互感器變比不匹配修正功能—動(dòng)態(tài)監(jiān)視變壓器帶負(fù)荷調(diào)壓分接頭并且自動(dòng)修正電流互感器變比的不平。 FlexLogicTM—像可編程控器(PLC) 的方程式一樣，對任何邏輯輸入，輸出和745的保護(hù)元件之間進(jìn)行邏輯編程。

　　試驗(yàn)?zāi)M方式—745提供強(qiáng)大的試驗(yàn)和模擬功能。繼電保護(hù)調(diào)試人員可以根據(jù)745繼電器捕捉的或計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的波形數(shù)據(jù)測試?yán)^電器的動(dòng)作情況。此數(shù)據(jù)可以被換算成一個(gè)數(shù)值化的格式并且存到745的模擬緩沖存儲(chǔ)器內(nèi)以便再次讀出。

　　波形捕捉功能—記錄變壓器故障、涌流或報(bào)警情況下的波形數(shù)據(jù)。

　　變壓器接線組別自動(dòng)配置功能－所有CT都接成星形接線，由裝置按照設(shè)定的變壓器接線組別自動(dòng)補(bǔ)償。

　　二、鐵嶺發(fā)電廠2號機(jī)組保護(hù)配置

　　鐵嶺電廠2號機(jī)組（300MW，哈爾濱電站成套設(shè)備）在發(fā)變組保護(hù)改造中，采用了GE公司的的SR系列數(shù)字保護(hù)繼電器（SR489發(fā)電機(jī)管理繼電器及SR745變壓器管理繼電器）構(gòu)成了發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)（包括高壓廠用變保護(hù)），保護(hù)配置見圖一。

　　全部保護(hù)包括兩個(gè)SR489發(fā)電機(jī)管理繼電器、3個(gè)SR745變壓器管理繼電器及其它輔助繼電器按照雙重配置的原則分配到保護(hù)屏Ⅰ和保護(hù)屏Ⅱ中，各屏的保護(hù)詳細(xì)配置情況見表一。

　　從表一中可以看出，整套保護(hù)按照《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行了配置，保護(hù)配置比較完善，完全滿足300MW機(jī)組的保護(hù)要求。保護(hù)的配置也基本參照原保護(hù)的配置，在原保護(hù)的基礎(chǔ)上增加了距離保護(hù)做為后備保護(hù)，增加了LPS失步保護(hù)。

　　改造后的微機(jī)保護(hù)將保護(hù)直流與開關(guān)的控制直流分開，符合了反措要求。并將兩個(gè)保護(hù)屏中發(fā)變組保護(hù)部分分別設(shè)計(jì)了直流電源開關(guān)，方便了保護(hù)的檢修維護(hù)。在保護(hù)配置上，兩個(gè)SR489發(fā)電機(jī)管理繼電器選用了不同的保護(hù)功能，作為互相補(bǔ)充，一旦其中一個(gè)保護(hù)屏停用檢修或出現(xiàn)問題，可以將另外一個(gè)保護(hù)屏的保護(hù)功能啟用，使機(jī)組不至于無保護(hù)運(yùn)行。

　　兩個(gè)屏的保護(hù)采用的電流和電壓互感器盡量分開，單獨(dú)使用。

　　由于國外保護(hù)配置與國內(nèi)存在一些差異，所以SR489發(fā)電機(jī)管理繼電器保護(hù)配置中沒有發(fā)電機(jī)定子匝間保護(hù)及勵(lì)磁部分的保護(hù)，所以單獨(dú)安裝了一塊電壓繼電器做為零序電壓式發(fā)電機(jī)定子匝間保護(hù)，并將電壓繼電器接點(diǎn)和匝間保護(hù)專用電壓互感器的電壓斷線監(jiān)視繼電器接點(diǎn)做為1BJ數(shù)字量輸入，并在1BJ中進(jìn)行邏輯判斷。用兩塊普通電流繼電器做為主勵(lì)磁機(jī)過流保護(hù)，并將保護(hù)接點(diǎn)做為1BJ數(shù)字量輸入啟動(dòng)時(shí)間元件。采用了單獨(dú)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)和兩點(diǎn)接地保護(hù)繼電器，作為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)。

　　采用一塊SR745變壓器管理繼電器（5BJ）做為高壓廠用變的保護(hù)。

　　對發(fā)電機(jī)電壓互感器、220KV系統(tǒng)電壓互感器、6KV廠用進(jìn)線電壓互感器分別裝設(shè)了一塊MIV電壓繼電器做為相應(yīng)電壓互感器的電壓監(jiān)視，并發(fā)出相應(yīng)的電壓互感器斷線信號和閉鎖接點(diǎn)。

　　對于6KV廠用進(jìn)線分支分別裝設(shè)了一塊MIF電流繼電器作為該分支的過流保護(hù)。

　　三、部分保護(hù)的的原理及實(shí)現(xiàn)方案

　　（一）發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)

　　采用具有雙斜率的比例制動(dòng)式差動(dòng)保護(hù)。配置為雙套，每個(gè)屏各一套。

　　 其中，為動(dòng)作電流

　　為制動(dòng)電流

　　為制動(dòng)特性斜率。當(dāng)小于2倍裝置額定電流（本裝置選擇為5A）時(shí)為斜率1（Slope 1），大于2倍時(shí)為斜率2(Slope 2)

　　（表一）保護(hù)配置詳細(xì)情況一覽表

　　保護(hù)屏Ⅰ
 　　保護(hù)屏Ⅱ
 
　　4BJ（SR489發(fā)電機(jī)管理繼電器）

　　發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)

　　距離保護(hù)

　　逆功率（順序跳閘）

　　定子85%接地保護(hù)

　　冷卻器全停

　　失磁聯(lián)跳

　　發(fā)電機(jī)過負(fù)荷（信號）

　　發(fā)電機(jī)負(fù)序過負(fù)荷（信號）
 　　3BJ（SR489發(fā)電機(jī)管理繼電器）

　　發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)

　　低壓過流保護(hù)

　　負(fù)序過流保護(hù)

　　負(fù)序反時(shí)限保護(hù)

　　定子15%接地保護(hù)（信號）

　　發(fā)電機(jī)過電壓保護(hù)

　　發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)（失磁元件做為2BJ數(shù)字量輸入）
 
　　1BJ（SR745變壓器管理繼電器）

　　發(fā)變組差動(dòng)及速斷保護(hù)

　　開關(guān)非全相保護(hù)

　　主變零序電流、電壓保護(hù)

　　緊急停機(jī)

　　匝間保護(hù)

　　失靈啟動(dòng)保護(hù)
 　　2BJ（SR745變壓器管理繼電器）

　　主變差動(dòng)及速斷保護(hù)

　　主變零序電流Ⅱ段保護(hù)

　　主變重瓦斯保護(hù)

　　主變輕瓦斯（信號）

　　主變壓力釋放（信號）

　　發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)
 
　　1YJ（MIV電壓繼電器）

　　匝間保護(hù)斷線閉鎖（做為1BJ數(shù)字量輸入）

　　電壓互感器斷線信號
 　　2YJ（MIV電壓繼電器）

　　失磁機(jī)端電壓閉鎖（做為2BJ數(shù)字量輸入）

　　電壓互感器斷線信號
 
　　SBJ（LPS）

　　失步保護(hù)
 　　3YJ（MIV電壓繼電器）

　　失磁系統(tǒng)電壓閉鎖（做為2BJ數(shù)字量輸入）

　　電壓互感器斷線信號
 
　　LJA、LJC

　　主勵(lì)磁機(jī)過流保護(hù)（做為1BJ數(shù)字量輸入）
 　　5BJ（SR745變壓器管理繼電器）

　　高廠變差動(dòng)及速斷保護(hù)

　　高廠變重瓦斯保護(hù)

　　高廠變復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)

　　高廠變壓力釋放（信號）

　　
 
　　ZJJ(TOV50電壓繼電器)

　　匝間保護(hù)（做為1BJ數(shù)字量輸入）
 　　2LJ、3LJ（MIF電流繼電器）

　　高廠變分支過流保護(hù)
 
　　YJ0（TOV50電壓繼電器)

　　主變零序電壓（做為1BJ數(shù)字量輸入）
 4YJ、5YJ（MIV電壓繼電器）

　　高廠變低壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖（做為5BJ數(shù)字量輸入）

電壓互感器斷線信號
 
　　LYJJ

　　轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)
 　　
 
　　LRJJ

　　轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)（做為1BJ數(shù)字量輸入）
 　　
 （圖一）發(fā)變組保護(hù)配置圖

　　　發(fā)電機(jī)差動(dòng)特性曲線

　?。ǘ┰验g保護(hù)

　　由于SR489發(fā)電機(jī)管理繼電器保護(hù)配置中沒有發(fā)電機(jī)定子匝間保護(hù)，所以單獨(dú)安裝了一塊數(shù)字式電壓繼電器做為零序電壓式發(fā)電機(jī)定子匝間保護(hù)，該數(shù)字繼電器對三次諧波具有很好的濾除功能，并將電壓繼電器接點(diǎn)和匝間保護(hù)專用電壓互感器的電壓斷線監(jiān)視繼電器接點(diǎn)做為1BJ數(shù)字量輸入，并在1BJ中進(jìn)行邏輯判斷，實(shí)現(xiàn)斷線閉鎖。邏輯圖如下：

　　（三）發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)

　　由于SR489發(fā)電機(jī)管理繼電器保護(hù)配置中失磁保護(hù)只有阻抗部分，根據(jù)《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，增加了發(fā)電機(jī)、系統(tǒng)低電壓判別以及轉(zhuǎn)子低電壓輔助判別。根據(jù)不同的動(dòng)作邏輯動(dòng)作于切換廠用電、減負(fù)荷和解列滅磁。保護(hù)動(dòng)作邏輯圖如下。

　　（四）發(fā)變組差動(dòng)及速斷（主變、高廠變差動(dòng)相同）

　　采用雙斜率的比例制動(dòng)式變壓器差動(dòng)保護(hù)（以發(fā)變組差動(dòng)為例，相當(dāng)于三卷變壓器）。此差動(dòng)保護(hù)可以根據(jù)所選擇的變壓器接線組別，容量、各側(cè)的電壓等級，CT的變比、所選擇的變壓器分接頭等自動(dòng)進(jìn)行電流的匹配。

　　其中，為經(jīng)過移相、CT變比匹配及零序去除之后的最大電流

　　 為經(jīng)過移相、CT變比匹配及零序去除之后的電流向量和

　　變壓器比率制動(dòng)差動(dòng)制動(dòng)特性

　　四、需要注意的幾點(diǎn)說明

　　（一）對改造工程，由于新保護(hù)對電壓電流的相位及所接位置有特定要求，所以在原保護(hù)拆除前一定要對原電壓電流回路的相位進(jìn)行測量，以便在改造時(shí)確定那些電壓電流的極性需要改造以適應(yīng)新保護(hù)的要求。

　?。ǘ﹄妷?、電流、非電量接點(diǎn)等的二次控制電纜要更換為屏蔽電纜，如條件不允許，至少要保證非電量接點(diǎn)電纜更換為屏蔽電纜（如瓦斯、壓力釋放、斷路器輔助接點(diǎn)、斷水等非電量接點(diǎn)）。

　　（三）對重要的非電量接點(diǎn)（動(dòng)作后立即跳閘，如重瓦斯），要先啟動(dòng)中間繼電器，再將中間繼電器接點(diǎn)接入保護(hù)裝置。中間繼電器要安裝在保護(hù)裝置處。

　?。ㄋ模┍Ｗo(hù)裝置型號的選擇一定要滿足實(shí)際使用要求，如匝間保護(hù)繼電器，最初選擇型號為TOV50電壓繼電器，但此繼電器三次諧波濾過比很小，實(shí)際測試小于25，后更換為MIV型電壓繼電器，此繼電器為數(shù)字濾波，實(shí)際測試濾過比大于150以上。

　　（五）由于保護(hù)裝置提供了方便完善的RS485接口，所以改造時(shí)如果DCS能接受并讀取保護(hù)的詳細(xì)數(shù)據(jù)，一定要將保護(hù)的各繼電器組網(wǎng)并接入，這樣可以取消相應(yīng)的信號繼電器。并為運(yùn)行人員提供詳細(xì)的保護(hù)動(dòng)作、保護(hù)定值等信息。

　　這次的2號機(jī)組發(fā)變組保護(hù)改造，從其基本性能來看，可靠性、靈敏性、快速性、選擇性明顯得到了加強(qiáng)，保護(hù)裝置的功能更趨于完善。這些微機(jī)或數(shù)字式保護(hù)裝置在檢驗(yàn)和維護(hù)方面較常規(guī)保護(hù)方便了許多；GE公司的發(fā)電機(jī)、變壓器保護(hù)都可采用便攜式電腦及該公司提供的校驗(yàn)程序進(jìn)行校驗(yàn)，檢驗(yàn)調(diào)試工作的勞動(dòng)強(qiáng)度亦大大減輕。

　　但是進(jìn)口保護(hù)的原理較為復(fù)雜，給掌握保護(hù)的性能和日常維護(hù)增加了難度，所以對繼電保護(hù)維護(hù)、調(diào)試人員的素質(zhì)要求比較高，尤其更應(yīng)將提高運(yùn)行、檢修人員素質(zhì)列為頭等重要的地位。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]GE公司SR745保護(hù)說明書。

　　[2]GE公司SR489保護(hù)說明書。

　　[3]大型機(jī)組繼電保護(hù)理論基礎(chǔ)第二版