GT13E2型燃机配套发电机保护系统国产化问题分析

王丹丹，罗振琨

GT13E2型燃机配套发电机保护系统国产化问题分析

王丹丹，罗振琨

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150046）

发电机保护系统作为GT13E2燃气-蒸汽联合循环项目中实现国产化的重要电气单元，必须完全匹配GT13E2燃机发电机通用规范，同时符合我国现行规范。介绍了几点配套发电机保护系统的争议部分，最终设备完美的替代了ALSTOM标准发电机保护设备。节约了采购成本，是国内首例GT13E2燃机项目的重要突破。

燃机；电气；发电机保护系统；国产化

发电机的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用，同时发电机本身也是十分贵重的电气设备，因此，应该针对各种不同的故障和不正常工作状态，装设性能完善的继电保护装置。国产化GT13E2型燃机发电机保护系统在保护范围界定、定子匝间短路以及跳闸出口继电器等方面一直存在很大争议。

1 GT13E2型燃机发电机保护范围界定

GT13E2型燃机发电机标准保护系统是变压器、发电机的整厂发变组保护。然而国内电厂的具体情况却是主变保护通常由业主负责、发电机保护由电机供货方负责。国外标准认为将变压器保护和发电机保护分开非常危险，但若做出妥协，则需要进口整套ALSTOM设备，成本增加不说，与业主的责任界限分割也十分困难，经过调查深圳南天电厂第一台13E2机组发电机和发电机配套保护是原装进口设备，其配套的是ABB产REG216型微机保护，只是由于主变是南天电厂国产配套，于是请ALSTOM在发电机保护装置内多配置了一块“发/变组大差卡”，主变其他保护如低电压过流等均由南天自行国产配套、另装设一块主变保护盘，保护出口接线按ALSTOM接口要求设计，也一直安全投运到今天。

2 发电机定子匝间短路保护

发电机定子匝间短路保护是机组安全运行的重要保护项，产生定子匝间短路的原因是发电机在正常运行中，定子绕组由于电晕腐蚀、长期受热、机械振动以及机械磨损等因素的影响，匝间绝缘将会逐步劣化，如一旦遭受雷电波或操作过电压的冲击，便会经受严峻考验。由于冲击电压波沿定子绕组的分布是不均匀的，并且波头越陡，分布越不均匀，如一个波头为3MS的冲击波，在绕组的第一个匝间可能承受全部冲击电压的25%，因此匝间电压的这种严重异常分布不仅会加速匝间绝缘急速老化，而且完全可能立即引发定子绕组的部分匝间绝缘击穿。其后，在匝间电势的作用下，短路绕组内将形成甚大的短路环流，理论分析表明，其值甚致超过机端三相短路电流，因此定子绕组匝间短路是发电机不容忽视的一种严重故障形式。

装设定子匝间短路保护的必要性：

（1）故障统计表明，在发电机各类型式的故障中，定子匝间短路占有一定比例，如前所述，其危害较大，严重时将超过出口三相短路，此对造价昂贵的大型机组是不允许的。

（2）发电机定子接地是指发电机定子绕组回路及与定子绕组回路直接相连的一次系统发生的单相接地短路。定子接地按接地时间长短可分为瞬时接地、断续接地和永久接地；按接地范围可分为内部接地和外部接地；按接地性质可分为金属性接地、电弧接地和电阻接地；按接地原因可分为真接地和假接地。定子接地保护不能完全代替定子匝间短路保护。这是因为已经劣化或受到机械损伤的定子绕组在受到外来电压波的冲击下首先发生的将是匝间短路而不是接地短路，如待匝间短路演变为定子接地，则往往遗误时机，使机组破坏达到难以容忍的地步。

（3）实践表明，发电机在运行中尚有开焊断线的可能，其危害同样不容忽视，虽然其并非匝间短路，但一些性能完善的定子匝间短路保护，同样亦能反映，因此配置定子匝间短路保护往往可收到“一箭双雕”之功效。

3 跳闸出口继电器

国内跳闸出口继电器采用lockout继电器。各种保护装置的出口继电器采用手柄复归式快速型输出闭锁（LOCKOUT）的继电器，双重化保护的出口断路器也应独立装设。保护动作后在继电器上有明显的信号指示并可由运行人员用继电器本身的手柄手动复归。对出口继电器的线圈有监视，采用串接高阻继电器和电阻的方式，确保在高阻继电器线圈短路的情况下，出口继电器也不误动，出口继电器的线圈故障时发信号。出口继电器的输出接点满足逻辑图的要求后，留有四付备用接点。出口继电器的输出接点容量：在110V直流电压下的长期允许通过电流不小于10A，0.2秒30A。在直流电压110V电感回路中（T＜40ms）中的断开容量不小于50W。继电器的动作时间不大于10ms。在跳闸回路长期通电的情况下，不烧坏保护装置的出口接点或其他的元器件。

4 结束语

GT13E2型燃机项目中采用的发电机保护设备备受争议的部分最终也尘埃落定，变压器保护由业主自行配置，涉及到交叉信号连接部分由业主设计院进行汇总。保护配置包括国标和Alstom所有要求，同时含有匝间保护。跳闸出口继电器采用lockout继电器。经过长达一年的技术交流、攻坚克难，此种发电机保护设备现已顺利投产并运行。

[1]李元龙，李向贤，王进洪.GB 14285-1993-1993-04-10继电保护和安全自动装置技术规程[S].北京：国家技术监督局，1993.

[2]杨杰.西门子发电机保护在燃气发电机组应用的研究[J].电气自动化，2016，（6）：68-69.

[3]张琪，邱天明.大型联合循环燃机电厂电气主系统设计[J].上海电力，2006，19（2）：156-158.

[4]李孝堂.现代燃气轮机技术[M].北京：航空工业出版社，2006.

Localization of Electrical System for GT13E2 Type Gas Turbine Generator Protection System

WANG Dan-dan，LUO Zhen-kun
（Harbin Steam Turbine Plant Co.，Ltd.，Harbin Heilongjiang 150046，China）

Generator protection system as an important electrical unit of GT13E2 gas steam combined cycle project localization，must exactly match the GT13E2 gas turbine generator general specification，and in accordance with the current standard specification of china.This paper introduces some controversial part of the generator protection devices in detail，which is a perfect substitute for ALSTOM standard equipment.Save procurement costs，it is the important breakthrough in the first GT13E2 gas turbine project.

gas turbine；electric；generator protection system；localization

TM77

A

1672-545X（2017）02-0280-02

2016-11-23

王丹丹（1983-），女，吉林人，硕士研究生，工程师，主要从事汽轮机控制系统设计工作；罗振琨（1983-），男，内蒙古人，硕士研究生，工程师，主要从事汽轮机液压控制系统设计工作。