沙角 C电厂高压电机微机保护改造回路分析

钟晓萍

(广东省东莞市沙角 C电厂,广东东莞 523936)

0 引言

随着电力工业的迅速发展,对电机保护装置的要求也越来越高,传统的继电保护产品已不能适应这些要求,正在被逐步淘汰。各种类型的电机微机保护装置由于具有保护功能设置灵活、事件记录清晰详细、故障录波、逻辑编程、后台通讯等一系列优点,在电力系统保护中得到了广泛的应用,许多老厂也纷纷开展电机微机保护装置改造项目。

沙角 C电厂三台 660MW机组是 1996年投产,属全进口设备,高压电机保护装置主要采用 PBSJ 3E5C综合保护装置。由于该厂高压电机保护装置严重老化,备件价格昂贵且采购周期长,以及为了配合厂用电控制系统智能化改造的需要,所以对高压电机保护装置及回路进行了微机保护改造。微机保护装置选用了 AREVA P242型保护装置。

高压电机微机保护装置改造,除了需要将保护功能进行重新设置、保护定值重新整定外,还有一个工作重点就是利用微机保护装置的智能功能对控制回路进行优化整合。以下针对沙角 C电厂高压电机微机保护改造项目中,对控制回路主要功能的设置优化问题进行分析说明。

1 控制回路主要功能设置

1.1 监控功能设置

目前,国内在微机保护装置使用方面分为两种方式,一种方式只是将电流、电压信号引入保护装置,保护装置只作为电流、电压保护,不参与其他控制功能;另一种方式除了将电流、电压信号引入保护装置外,还将各类控制信号接入保护装置,充分利用微机保护装置的智能功能。

改造前,沙角 C电厂的高压开关无故跳闸时,很难判断出是 DCS误发指令引起开关跳闸,还是电气回路故障引起高压开关跳闸。虽然 DCS系统有出口动作记录,但因为电气回路故障引起的开关跳闸,同样会使 DCS因反馈信号问题自动发出跳闸指令,所以无论是 DCS的误跳闸还是电气回路故障引起的误跳闸,DCS都会产生记录,这就导致无法利用该事件记录直接判断出故障区域,增加了故障查找难度,为机组的安全运行留下隐患。

为了解决上述问题,在改造时采用后一种方式,即将各类控制信号全部接入微机保护装置,而且将反馈至 DCS参与控制的信号也全部通过微机保护装置输出,这样可以对所有参与控制的信号进行全面监控,并有详细的事件记录。P242微机保护装置事件记录的时间精度非常高,达到毫秒级,它可区分出同一个继电器上两对常开接点动作时的先后顺序,为故障查找提供了准确的分析依据,大大提高了故障处理速度。控制信号的接入也为保护装置的逻辑编程提供了原始条件。

1.2 防跳跃功能设置

目前国内常用防跳回路有串联式防跳回路、并联式防跳回路、弹簧储能式防跳回路、跳闸线圈辅助接点式防跳回路等。对于电流启动、电压保持式的电气防跳回路还有一项功能,就是防止因跳闸回路的断路器辅助接点变位过慢,造成保护出口接点先断弧而烧毁的现象。沙角 C电厂高压开关是 GA HWX型真空开关,开关本身不具备防跳跃功能,改造前,只是采用在合闸回路并入一辅助继电器的方式来实现防跳跃功能,跳闸回路中没有设置防止保护接点烧坏的功能回路。其防跳回路如图 1所示。

图1 合闸回路简化图

正常情况下合闸信号电源通过串联的三个辅助接点驱动合闸线圈 COIL,真空开关合闸;当真空开关合闸后其辅助常闭接点断开,电源将通过防跳跃继电器 CCR01,利用继电器线圈内阻差的原理实现防跳跃继电器 CCR01动作,合闸线圈 COIL失磁,再通过防跳跃继电器 CCR01常闭点闭锁合闸线圈,从而实现了防止开关跳跃的功能。

改造后利用了微机保护装置的编程功能,采用“PULSE”、“DWELL”功能模块将整个防跳跃功能编写入微机保护装置中,同时通过延时方式防止保护接点烧坏。“PULSE”、“DWELL”功能模块描述如图2所示。

图2 “Pluse”、“Dwell”功能模块图示

防跳跃功能编程首先将合闸指令与各类闭锁合闸的条件做成一个“与门”的关系,即有闭锁条件时将不会发出合闸信号。同时在接收合闸指令后采用“PULSE”功能模块,延时 500ms,即当接受到一个合闸指令,不管该合闸指令发出的时间长短,合闸出口继电器只保持动作 500ms,只有当合闸指令断开后,重新发出指令,继电器才会再动作,有效的实现防跳功能,如图 3所示。

图3 微机保护装置合闸回路逻辑简化图

其次,为了防止因跳闸回路的辅助接点变位过慢,造成保护出口接点先断弧而烧毁的现象发生,在分闸断路器出口的逻辑设计中采用了“DWELL”功能模块,延时 500ms,即不论接收的分闸指令时间长短,分闸出口继电器都延长保持动作 500ms,这样就可以有效避免保护出口接点先断弧的现象,如图4所示。

图4 微机保护装置分闸出口逻辑图

1.3 跳闸回路监测功能设置

跳闸回路监视主要是在线检测跳闸回路的完好性,及时发现跳闸回路存在的故障,发出报警提醒维护人员及时消除该故障。P242微机保护装置本身具备回路监测功能,其监测原理:监测回路直接与开关的跳闸线圈串联,利用动作电压差异的原理,使监测回路可正确判断,但开关跳闸线圈却不会误动。在整个回路的关键点就是要严格控制好监测回路的分压情况即控制监测回路电流。微机保护装置因为受本身体积的限制,所有电子元件功率设计余量比较小,在长时间使用后串联电阻容易发热烧坏,存在令高压开关误跳闸的风险。为防上述原因引起开关误跳闸,在改造时设置外部稳定电阻,再结合微机保护装置的光隔接口,构成新的跳闸回路监测系统,其监测原理不变,如图 5所示。

图5 跳闸回路监视简化图

因外部稳定电阻不受空间的限制,选用 4kΩ 10W电阻,而实际回路中通过的电流非常小,不足30mA,所以烧坏的可能性非常小,提高了回路限流功能的可靠性,降低了开关跳闸线圈误动的可能性。它与微机保护装置失电报警功能配合,构建成一个全方位的跳闸回路监测功能回路。

1.4 紧急停止功能设置

由于微机保护装置功能强大,在回路改造时将各类控制功能全部集中在装置中,当装置出现故障或装置失电时将无法控制开关。若此时发生系统故障或电机故障需要尽快断开开关,却无法断开,将会造成事故的扩大。因此在回路设计时,将一对事故按钮接点接入微机保护装置作为逻辑控制,同时增设一对事故按钮接点直接与微机保护跳闸接点并联,保留了一个紧急跳闸手段,提高系统安全。

1.5 扩展继电器设置

GA HWX型真空开关属于电磁线圈合闸、弹簧脱扣分闸方式,控制回路电源是 110V DC,经测量合闸线圈二次回路动作电流是 6A,跳闸线圈二次回路动作电流是 1.6A。微机保护装置出口辅助继电器的接点容量是 5A 250V AC,未能满足合闸线圈动作电流要求。为了保证接点在长期使用后仍能保持接触良好的状态,在保护装置外部增设接点容量为10A的合闸回路扩展继电器。增设的继电器型号为MVAA11,属接点开放型继电器,对接点的检查维护非常方便。

1.6 通讯功能设置

原有的电机运行工况数据都是靠电工到就地控制盘,通过手写的方式将电机的各项数据记录下来,然后再导入电厂特制的数据系统保持下来,消耗大量的人力,而且数据准确性较低、数据采集量也有限。采用微机保护装置后电机的所有参数可以通过通讯方式传送到 DCS,在监控屏上就可以了解到电机的运行工况,方便又快捷。

2 结束语

改造后,一台微机保护装置约 4万元,比原有PBSJ保护装置节约 2万多元,而且取消了电流变送器、功率变送器、防跳跃继电器等元件。经评估,一台机组可节约 92万元,大大降低了生产成本。

另外,还解决了原有保护装置老化,危及机组安全的问题。微机保护装置可对各类控制、反馈信号进行监测记录以及电流、电压信号故障录波,提高了故障处理速度和为事故分析提供有关证据和依据。此外,还运用微机保护装置的通讯功能,实现了远程监控,使该厂自动化水平上了一个新台阶。

[1]钱亢木.大型火力发电厂厂用电系统[M].北京:中国电力出版社,2001.

[2]国家经济贸易委员会电力司.高压开关设备[M].北京:中国电力出版社,2002.