美國GE公司SR系列保護裝置在國產300MW機組保護上的應用

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

（一） SR489發(fā)電機管理繼電器

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

一、SR489發(fā)電機管理繼電器及SR745變壓器管理繼電器功能介紹

　?。ㄒ唬?SR489發(fā)電機管理繼電器

　　SR489發(fā)電機管理繼電器提供了經濟的保護、測量和監(jiān)視功能。它能作為同步發(fā)電機和頻率為25、50和60Hz的感應發(fā)電機的主保護或后備保護。也可以用于保護主要發(fā)電機、備用發(fā)電機或者聯合循環(huán)發(fā)電機。

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

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

　　PT斷線和斷路器運行監(jiān)視及故障報警。

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

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

　　當處理故障時，事件記錄將是一個很有價值的工具。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點的速率采樣。這些采樣被存儲在可配置的緩沖器中長達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可以檢查測量信號的數值和相位關系。

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

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

　　（二） 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和管理。

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

　　745提供各種自適應保護功能。自適應的諧波制動 - 防止變壓器涌流時誤跳閘。自適應的延時過電流元件-當變壓器帶高次諧波負荷時，根據計算的變壓器承受的過電流能力,自動調整過電流的整定值。整定組多達4個—用戶可以根據電力系統(tǒng)的運行狀況對繼電保護的要求動態(tài)地進行分組整定。電流互感器變比不匹配修正功能—動態(tài)監(jiān)視變壓器帶負荷調壓分接頭并且自動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的保護元件之間進行邏輯編程。

　　試驗模擬方式—745提供強大的試驗和模擬功能。繼電保護調試人員可以根據745繼電器捕捉的或計算機產生的波形數據測試繼電器的動作情況。此數據可以被換算成一個數值化的格式并且存到745的模擬緩沖存儲器內以便再次讀出。

　　波形捕捉功能—記錄變壓器故障、涌流或報警情況下的波形數據。

　　變壓器接線組別自動配置功能－所有CT都接成星形接線，由裝置按照設定的變壓器接線組別自動補償。

　　二、鐵嶺發(fā)電廠2號機組保護配置

　　鐵嶺電廠2號機組（300MW，哈爾濱電站成套設備）在發(fā)變組保護改造中，采用了GE公司的的SR系列數字保護繼電器（SR489發(fā)電機管理繼電器及SR745變壓器管理繼電器）構成了發(fā)電機變壓器組保護（包括高壓廠用變保護），保護配置見圖一。

　　全部保護包括兩個SR489發(fā)電機管理繼電器、3個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屏Ⅰ和保護屏Ⅱ中，各屏的保護詳細配置情況見表一。

　　從表一中可以看出，整套保護按照《繼電保護和安全自動裝置技術規(guī)程》進行了配置，保護配置比較完善，完全滿足300MW機組的保護要求。保護的配置也基本參照原保護的配置，在原保護的基礎上增加了距離保護做為后備保護，增加了LPS失步保護。

　　改造后的微機保護將保護直流與開關的控制直流分開，符合了反措要求。并將兩個保護屏中發(fā)變組保護部分分別設計了直流電源開關，方便了保護的檢修維護。在保護配置上，兩個SR489發(fā)電機管理繼電器選用了不同的保護功能，作為互相補充，一旦其中一個保護屏停用檢修或出現問題，可以將另外一個保護屏的保護功能啟用，使機組不至于無保護運行。

　　兩個屏的保護采用的電流和電壓互感器盡量分開，單獨使用。

　　由于國外保護配置與國內存在一些差異，所以SR489發(fā)電機管理繼電器保護配置中沒有發(fā)電機定子匝間保護及勵磁部分的保護，所以單獨安裝了一塊電壓繼電器做為零序電壓式發(fā)電機定子匝間保護，并將電壓繼電器接點和匝間保護專用電壓互感器的電壓斷線監(jiān)視繼電器接點做為1BJ數字量輸入，并在1BJ中進行邏輯判斷。用兩塊普通電流繼電器做為主勵磁機過流保護，并將保護接點做為1BJ數字量輸入啟動時間元件。采用了單獨的發(fā)電機轉子一點和兩點接地保護繼電器，作為發(fā)電機轉子接地保護。

　　采用一塊SR745變壓器管理繼電器（5BJ）做為高壓廠用變的保護。

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

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

　　三、部分保護的的原理及實現方案

　?。ㄒ唬┌l(fā)電機差動保護

　　采用具有雙斜率的比例制動式差動保護。配置為雙套，每個屏各一套。

　　 其中，為動作電流

　　為制動電流

　　為制動特性斜率。當小于2倍裝置額定電流（本裝置選擇為5A）時為斜率1（Slope 1），大于2倍時為斜率2(Slope 2)

　?。ū硪唬┍Ｗo配置詳細情況一覽表

　　保護屏Ⅰ
 　　保護屏Ⅱ
 
　　4BJ（SR489發(fā)電機管理繼電器）

　　發(fā)電機差動保護

　　距離保護

　　逆功率（順序跳閘）

　　定子85%接地保護

　　冷卻器全停

　　失磁聯跳

　　發(fā)電機過負荷（信號）

　　發(fā)電機負序過負荷（信號）
 　　3BJ（SR489發(fā)電機管理繼電器）

　　發(fā)電機差動保護

　　低壓過流保護

　　負序過流保護

　　負序反時限保護

　　定子15%接地保護（信號）

　　發(fā)電機過電壓保護

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

　　發(fā)變組差動及速斷保護

　　開關非全相保護

　　主變零序電流、電壓保護

　　緊急停機

　　匝間保護

　　失靈啟動保護
 　　2BJ（SR745變壓器管理繼電器）

　　主變差動及速斷保護

　　主變零序電流Ⅱ段保護

　　主變重瓦斯保護

　　主變輕瓦斯（信號）

　　主變壓力釋放（信號）

　　發(fā)電機失磁保護
 
　　1YJ（MIV電壓繼電器）

　　匝間保護斷線閉鎖（做為1BJ數字量輸入）

　　電壓互感器斷線信號
 　　2YJ（MIV電壓繼電器）

　　失磁機端電壓閉鎖（做為2BJ數字量輸入）

　　電壓互感器斷線信號
 
　　SBJ（LPS）

　　失步保護
 　　3YJ（MIV電壓繼電器）

　　失磁系統(tǒng)電壓閉鎖（做為2BJ數字量輸入）

　　電壓互感器斷線信號
 
　　LJA、LJC

　　主勵磁機過流保護（做為1BJ數字量輸入）
 　　5BJ（SR745變壓器管理繼電器）

　　高廠變差動及速斷保護

　　高廠變重瓦斯保護

　　高廠變復合電壓閉鎖過流保護

　　高廠變壓力釋放（信號）

　　
 
　　ZJJ(TOV50電壓繼電器)

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

　　高廠變分支過流保護
 
　　YJ0（TOV50電壓繼電器)

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

　　高廠變低壓側復合電壓閉鎖（做為5BJ數字量輸入）

電壓互感器斷線信號
 
　　LYJJ

　　轉子一點接地保護
 　　
 
　　LRJJ

　　轉子兩點接地保護（做為1BJ數字量輸入）
 　　
 （圖一）發(fā)變組保護配置圖

　　　發(fā)電機差動特性曲線

　?。ǘ┰验g保護

　　由于SR489發(fā)電機管理繼電器保護配置中沒有發(fā)電機定子匝間保護，所以單獨安裝了一塊數字式電壓繼電器做為零序電壓式發(fā)電機定子匝間保護，該數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和匝間保護專用電壓互感器的電壓斷線監(jiān)視繼電器接點做為1BJ數字量輸入，并在1BJ中進行邏輯判斷，實現斷線閉鎖。邏輯圖如下：

　?。ㄈ┌l(fā)電機失磁保護

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

　　（四）發(fā)變組差動及速斷（主變、高廠變差動相同）

　　采用雙斜率的比例制動式變壓器差動保護（以發(fā)變組差動為例，相當于三卷變壓器）。此差動保護可以根據所選擇的變壓器接線組別，容量、各側的電壓等級，CT的變比、所選擇的變壓器分接頭等自動進行電流的匹配。

　　其中，為經過移相、CT變比匹配及零序去除之后的最大電流

　　 為經過移相、CT變比匹配及零序去除之后的電流向量和

　　變壓器比率制動差動制動特性

　　四、需要注意的幾點說明

　?。ㄒ唬Ω脑旃こ?，由于新保護對電壓電流的相位及所接位置有特定要求，所以在原保護拆除前一定要對原電壓電流回路的相位進行測量，以便在改造時確定那些電壓電流的極性需要改造以適應新保護的要求。

　?。ǘ﹄妷骸㈦娏?、非電量接點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電纜更換為屏蔽電纜（如瓦斯、壓力釋放、斷路器輔助接點、斷水等非電量接點）。

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

　?。ㄋ模┍Ｗo裝置型號的選擇一定要滿足實際使用要求，如匝間保護繼電器，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，實際測試小于25，后更換為MIV型電壓繼電器，此繼電器為數字濾波，實際測試濾過比大于150以上。

　　（五）由于保護裝置提供了方便完善的RS485接口，所以改造時如果DCS能接受并讀取保護的詳細數據，一定要將保護的各繼電器組網并接入，這樣可以取消相應的信號繼電器。并為運行人員提供詳細的保護動作、保護定值等信息。

　　這次的2號機組發(fā)變組保護改造，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，保護裝置的功能更趨于完善。這些微機或數字式保護裝置在檢驗和維護方面較常規(guī)保護方便了許多；GE公司的發(fā)電機、變壓器保護都可采用便攜式電腦及該公司提供的校驗程序進行校驗，檢驗調試工作的勞動強度亦大大減輕。

　　但是進口保護的原理較為復雜，給掌握保護的性能和日常維護增加了難度，所以對繼電保護維護、調試人員的素質要求比較高，尤其更應將提高運行、檢修人員素質列為頭等重要的地位。

　　參考文獻：

　　[1]GE公司SR745保護說明書。

　　[2]GE公司SR489保護說明書。

　　[3]大型機組繼電保護理論基礎第二版