神华国能神头第二发电厂#1机组发变组保护改造模式及应用

刘江鹏

摘 要：结合神华国能集团有限公司神头第二发电厂1号发变组（发电机、主变压器、高厂变、励磁机和6KV等）保护改造，对采用南京南瑞继保电气有限公司生产的RCS-985B微机发变组保护的模式及特点进行了详细的介绍和分析，试验要求符合继电保护运行检验规程，符合山西省二十五项反措要求。

关键词：保护双重化 差动 匝间 过流 失磁 过激磁 逆功率 失步 转子接地

中图分类号：TM774 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（c）-0124-02

山西神头第二发电厂应用的是捷克电机厂生产的总装机容量4×500MW的发电机组。#1机组原来配套的发变组保护不是双重化配置，不满足GB/T14285-2006《继电保护和安全自动装置技术规程》和《国家电网公司十八项电网反事故措施》要求。该保护已经投运12年，虽属于微机保护装置，但由于电子元器件产品严重老化，所以带来了设备可靠性差、备品备件匮乏等问题，给机组的安全稳定运行造成了极大的安全隐患。南京南瑞继保电气有限公司采用了RCS-985B微机发变组保护改变了对原有的发变组保护，该文介绍分析了改变后保护装置的特点。

1 主设备相关参数

1.1 发电机参数（见表1）。

1.2励磁机参数（见表1）。

2 保护配置

神华国能集团有限公司神头第二发电厂1号发变组保护改造全部采用南京南瑞继保电气有限公司生产的保护装置。保护A、B柜配置RCS-985B发电机变压器保护装置，保护C柜配置两套RCS-985RE发电机和励磁机注入式转子接地保护装置，以及RCS-974FG非电量保护装置。发电机保护包含了通用的发电机保护功能以及失磁、失步等大型机组所特有的保护功能。配置有非电量重动等功能。主保护和重要回路双重化配置。保护A柜、B柜、C柜具体配置如下：

A＼B柜：⑴ 电量保护：发电机过电压保护，误上电保护，发电机转子一点接地保护，发电机起停机保护，发电机定子匝间保护，发电机差动保护，发电机复合电压过流保护，发电机失步保护，发电机定子过负荷，发电机负序过负荷，发电机发电机逆功率保护，逆功率保护，发电机失磁保护，发电机逆功率保护，发电机程跳逆功率保护，发电机100%定子接地保护，过激磁保护，发电机低频保护，励磁机差动，励磁机过流，主变差动保护，断路器闪络保护，发变组差动保护，主变零序保护，主变通风，非全相保护，起失灵保护，高厂变差动，高厂变复合电压过流，A分支过流，B分支过流，厂变启通风。⑵ 开关量重动：短引线保护，转子接地跳闸。

C柜：⑴ 电量保护：发电机和励磁机注入式转子一点、两点接地保护⑵ 非电量保护：主变油温（报警、跳闸），主变压力释放，主变重瓦斯，主变轻瓦斯，主变绕组温度（报警、跳闸），主变油位，，高厂变绕组温度（报警、跳闸），高厂变油位，高厂变油温（报警、跳闸），高厂变轻瓦斯，高厂变重瓦斯，高厂变压力释放，励磁系统故障，系统停机，热工保护等。

3 技术支持

发变组保护型式：微机型

直流电源：允许偏差为-20%～+10%；额定电压为220V；波纹系数小于或等于5%。

交流电源：允许偏差为-15%～+15%；额定电压为220V；频率为50Hz±0.5%；波形系数小于或等于5%。

主要设备技术参数：

（1）CT变比：

主变高压侧：15TPY15 1250/1A、15TPY15 1250/1A；

发电机侧：BP222180 18000/5A、BP222180 18000/5A；

厂用变压器高压侧：15TY15 18000/ 5A、2000/5A；

厂用变压器低压侧：15TY15 6000/5A、4000/5A、6000/5A；

励磁机：BB103-40 4000/5A。

（2）PT二次电压：

550kV：/0.1kV

20kV：（20/）/（0.1/）/（0.1/）kV

（20/）/（0.1/）/（0.1）kV

6kV：（6.3/）/（0.1/）kV

（3）频率：50Hz。

（4）以下为厂用变压器低压侧断路器参数：

合闸电流和跳闸电流均为5A；控制电压为DC220V。

（5）以下为主变压器高压侧断路器参数：

合闸电流和跳闸电流均为3A；控制电压为DC220V。

（6）灭磁开关参数：

控制电压：DC220V；合闸电流：3A；跳闸电流：3A。

4 整套装置的主要功能

（1）装置应可以进行参数监视。

（2）装置各保护软件相互独立。

（3）合理的装置的保护模块；当其中一个出现故障时，不影响被保护设备的运行。

（4）装置中保护的类型不同，有便捷的投退功能。

（5）装置应可以自动检测。

（6）装置每一个独立逆变稳压电源的输入应有自己的保险和失电报警功能。

（7）非电量保护可经装置延时后出口或经装置触点转换出口，信号可以反映出来。

（8）装置应可以自复位。

（9）装置具有成套性、独立性和完整性；在成套装置内有相应的保护功能；被保护设备有高压厂用变压器、主变压器、发电机等。

（10）保护屏内的变流器的准确等级至少为0.5级，其饱和倍数应高于或等于其连接的电流互感器的准确限值系数，并注意其保护用变流器的准确等级和饱和倍数。

（11）装置应记录重要信息，通过接口送出；信息可重复输出，不会丢失，企业标准规定输出方式和信息内容。

（12）装置应有独立的内部时钟，用提供外部时钟同步接口，每24h误差小于±5s。

（13）保护屏柜端子不与装置弱电系统有直接电气上的联系。分别对不同回路采用继电器转接、光电耦合、带屏蔽的变压器磁耦合等措施。

5 各种保护功能的技术特点

5.1 差动保护

主保护就是发电机-变压器组装设差动保护，以下是差动保护装置：

（1）发电机差动保护：保护发电机定子绕组及其引出线的相间短路故障。（2）厂用变压器差动保护：保护厂用变压器绕组及其引出线的相间短路故障。（3）励磁机差动保护：保护励磁机定子绕组及其引出线的相间短路故障。（4）主变压器差动保护：保护主变压器绕组及其引出线的相间短路故障。第一套主变差动选用二侧差动保护；第二套主变差动选用三侧差动保护第一套高厂变差动选用三侧差动保护：6000/5A、6000/5A（（6KV分支CT）；第二套高厂变差动选用四侧差动保护6000/5A、4000/5、4000/5、（6KV分支CT）（5）发变组大差保护：保护主变、高厂变机封母绕组及其引出线的相间短路故障。第一套发变组差动选用三侧差动保护：18000/5A（20KV母线CT）；第二套发变组差动选用三侧差动保护：2000/5A （20KV母线CT）。

以下为各差保护的功能特点：

（1）具有电流互感器（TA）断线判别功能，并能闭锁差动或报警；（2）具有制动特性，防止区外故障误动；（3）具有差动电流速断功能；（4）当同一相上出现两点接地故障时，可动作出口；（5）有平衡差动保护各侧电流的措施；（6）有防止励磁涌流引起误动的功能；（7）动作时间小于或等于30ms；（8）动作电流的整定值允许误差±5%，整定范围应为0.1-1.0额定电流。

5.2 发电机定子匝间保护

对发电机定子绕组同相分支或同相不同分支间的匝间短路及定子绕组开焊故障进行保护，设置纵向零序电压保护装置；以下是保护装置的功能特点：（1）区内故障有灵敏的系数，区外故障时不误动；（2）电压或电流互感器断线时不误动；（3）三次谐波滤过比大于100；（4）动作时间（1.2倍定值时）不大于100ms；（5）整定值允许误差±5%。

5.3 相间短路的后备保护

发电机-变压器组的主保护或者后备保护应设置阻抗保护，以下是阻抗保护装置：（1）发变组阻抗阻抗保护：对主变绕组、发电机和引出线的相间短路故障进行保护。发电机阻抗保护采用全阻抗原理，设两段阻抗圆，第一段作为发变组的主保护，瞬时动作于全停。第二段作为系统及发变组的后备，延时动作于解列。保护应设PT回路断线闭锁措施；

（2）高厂变阻抗保护：对高厂变绕组和引出线的相间短路故障进行保护。高厂变抗保护采用全阻抗原理，设两段阻抗圆，第一段瞬时动作于全停。第二段延时动作于全停。保护应设PT回路断线闭锁措施。

发电机-变压器组主保护、高厂变主保护的远、近后备保护的相间短路故障保护应有以下保护装置：

（1）对称过负荷保护装置；（2）不对称过负荷保护装置；（3）高压厂变：装设过电流保护装置；（4）励磁机：装设差动保护、过电流保护装置。

以下是保护装置的功能特点：

（1）要保证动作的选择性，差动保护要配合差动保护主保护和线路相间保护的后备保护；（2）设置反时限特性能，与发电机定子或转子表层过热特性更般配。

5.4 发电机定子接地保护

保护发电机定子绕组的单相接地故障，发电机的高阻接地方式，装设零序电压式和三次谐波式接地保护装置； 上述保护装置具有以下主要功能和技术要求：

（1）在跳闸的零序电压取自发电机中性点起作用；

（2）保护范围为全部定子绕组。

5.5 主变碰壳保护

主变碰壳保护由三个独立的单相接壳零序电流构成，各相延时动作于全停。

5.6 保护发电机和励磁机的回路

保护励磁机、发电机转子回路一点接地故障和励磁回路的过负荷保护，以下是主要功能特点：

（1）转子绕组不同地点发生一点接地时，在同一整定值下，其动作值误差满足要求；

（2）转子回路一点接地保护要符合无励磁状态下测量要求，返回系数小于或等于1.3。

5.7 发电机过激磁保护

保护发电机及主变压器过激磁，当电压升高、频率降低时，铁芯的工作磁通密度变高，过热使绝缘老化的保护装置。以下是其功能特点：（1）电压整定范围为1.0～1.5额定电压；装置适用频率范围为25Hz～65Hz；（2）保护装置分为两部分：反时限、定时限。

5.8 发电机的过电压保护

当起动或并网过程中电压升高时，防止发电机绝缘受损。以下是其功能特点： （1）返回系数大于或等于0.9；（2）电压整定范围为1.0～1.5额定电压，整定值允许误差±2.5%。

5.9 发电机失磁保护

发电机在发生失磁时，防止发电机损害，保护电力系统稳定运行的保护装置。以下是其功能特点：

（1）应能对机组的稳态异步边界及系统的崩溃电压进行检测，或者是对机组的静稳边界进行检测，；还应能检测负荷不同时的不同失磁；

（2）应防止机组正常进相运行时和电力系统振荡时的误动；还应防止电压互感器断线和电压切换时以及系统故障、故障切除过程中的误动。

5.10 发电机逆功率保护

保护发电机在并列运行时，从电力系统吸收有功功率变为电动机运行而损坏机组的保护装置。逆功率分为逆功率保护元件和保护装置程序跳闸的起动元件两部分。以下是其功能特点：

（1）有功测量原理不受无功大小的影响；

（2）具有PT断线闭锁功能。

5.11 发电机频率异常保护

保护汽轮机，为防止发电机在频率偏高或偏低时，造成汽轮机的叶片和拉筋发生断裂的保护装置。以下是其功能特点：

（1）在发电机停机时自动闭锁频率异常保护；（2）根据汽轮机的频率-时间特性，可以按频率分段时间积累，断电时时间积累能保持。

5.12 汽机保护

发电机在停机和启动过程中，汽机发生故障时，防止引起一些保护装置拒动的保护装置。

5.13 发电机轴过流保护

反应发电机轴电流，第一段40ma延时动作于信号；第二段80ma延时动作于信号。

5.14 主变、高厂变本体保护

主变、高厂变本体内部的绕温故障、油温、重瓦斯、压力释放等，都有相应的保护装置和信号。

5.15 高厂变低压侧过流保护

保护变压器低压绕组及其分支引出线过流故障的保护装置，也是低压母线上各元件的后备保护。以下是其功能特点：（1）电流整定值允许误差±2.5%；（2）在变压器低压侧上设置分支过电流。

6 分析改造效果

（1）设备国产化，有物美价廉的备品备件供应，使检修成本大大降低。

（2）好控制，运行稳定，过剩维修得到了避免，劳动强度降低。降低了维修时间和成本，使事故减少、维护检修变得简单。

（3）系统具有较高的可靠性，全面的各项限制和保护功能，保证机组运行的安全稳定。

（4）设备保护配置满足双重化保护配置，符合安评要求。

7 结语

综合以上介绍，RCS-985B微机发变组保护系统在全国大中小型发电机组得到了广泛应用，可靠性高，控制性好，该保护配置方式使系统能够稳定运行。该方案在#1机组成功的应用为该厂#3、#4机组下一步改造提供了借鉴与保证。

参考文献

[1] 南京南瑞继保电气有限公司.南瑞RCS-985B发电机变压器成套保护装置技术说明书[S].南京：南京南瑞继保电气有限公司，2010.

[2] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程[S].北京：中国标准出版，2006.

[3] 中华人民共和国国家发展和改革委员会.DL/T995-2006继电保护和电网安全自动装置检验规程[S].北京：中国电力出版社，2006.