机组保护跳闸出口双重化研究

陈 强，陈凤华

（调峰调频发电公司惠州蓄能水电厂，广东 惠州 516100）

机组保护跳闸出口双重化研究

陈 强，陈凤华

（调峰调频发电公司惠州蓄能水电厂，广东 惠州 516100）

惠州蓄能水电厂机组保护A、B套保护共用一个跳闸矩阵，跳闸矩阵出口跳每个开关只设置一个出口继电器，未实现跳闸矩阵及出口继电器的完全双重化，不满足相关规范要求。本文对惠州蓄能水电厂机组保护跳闸出口回路进行分析，得出了机组保护当前设计的两个重大安全隐患，并结合惠州蓄能水电厂机组保护跳闸出口回路的设计图和规范要求，提出了机组保护跳闸出口双重化的具体方案，解决了机组保护双重化不完全的问题，有效防止了单一元器件故障导致保护拒动的问题，可以为其他具有类似问题的机组保护双重化改造提供参考。

机组保护；跳闸矩阵；双重化；出口继电器

0 前言

惠州蓄能水电厂共装有8台30万kW可逆式抽水蓄能发电机组，总装机容量240万kW。机组保护由法国ALSTOM设计、供货，保护装置生产厂家为AREVA，投产时间为2010年5月。

机组保护A、B套保护共用1个跳闸矩阵，跳闸矩阵出口跳每个开关只设置1个出口继电器，未实现跳闸矩阵及出口继电器的完全双重化。不满足南方电网大型发电机及发变组保护技术规范（Q/CSG 110033-2012）中第5.1.3的要求：双重化配置的两套电气量保护的直流电源、电流回路、电压回路、开入量、跳闸回路等应相互独立，彼此没有电气联系[1]。也不满足相关继电保护设计和运行管理规定的要求：每套主保护应有独立的跳闸出口[2，3]。

本文分析了当前设计的安全隐患，结合图纸和设计规范提出了整改方案，即利用现有跳闸矩阵，通过优化插针布置，增加新的跳闸出口继电器，避免因跳闸矩阵或出口继电器单一元件故障导致保护不能出口的问题。2016年3月份开始结合机组检修逐步开展机组保护的跳闸出口双重化整改工作，截止6月已经完成了3台机组的整改工作，剩余机组的整改预计在2017年初全部完成。

1 跳闸矩阵和跳闸出口简介

机组保护共设置1套跳闸矩阵，如图1示。图1中的红色（页面显示为灰色）插针为铜柱，黑色插针为二极管。矩阵每一列对应一个保护功能，每一行对应一个跳闸出口继电器。正常投入情况下红色插针插在最上方的一排插孔，红针投入表示该保护功能出口回路投入。黑针投入表示该列保护出口将动作于黑针所在行连接的出口继电器。跳闸矩阵底下两排插孔无实际意义，仅用于保护退出时红针、黑针临时存放。

图1 机组保护跳闸矩阵

跳闸矩阵内部电路图如图2所示，其上部实线框为跳闸矩阵动作回路，下部虚线框内为信号回路。右下部为跳闸矩阵电源输入，该电源仅为信号回路提供电源；跳闸矩阵每列的Uin经需保护装置开出接跳闸电源5E1+。

图2 跳闸矩阵内部电路图

机组保护跳闸矩阵电气接线图如图3所示，机组保护跳闸矩阵出口继电器接线图如图4所示。

图3 跳闸矩阵电气接线图

图4 跳闸矩阵出口继电器接线图

以图3中跳闸矩阵第3列为例，如发电机横差保护51G动作，保护装置出口继电器Relay4出口，5E1+将通过Relay4的闭合节点、红针后到达黑针，黑针上的二极管导通，正电到达图4中A行，之后到达出口继电器002XR，002XR励磁动作，具体的正电经过的回路如图3、图4中箭头指示所示。002XR的辅助节点分别送至断路器的2组跳闸回路、监控系统等回路。

当跳闸矩阵电源丢失或其250 V DC/5 V DC电压转换器故障时，信号回路5 V DC电源丢失，左下角的监视线圈失磁，supply fault节点闭合，信号送至监控系统告警；同时，由于5 V DC电源丢失，此时矩阵信号回路电源丢失，盘柜面板上的动作信号指示灯不能正常指示；但在跳闸矩阵的动作回路方面，每列的电源取自动作回路顶部的Uin，而Uin取自5E1+小母线（经保护装置开出），经过红色插针、黑色插针到A行小母线，再到出口继电器后到5E1-，跳闸回路仍可正常出口，与跳闸矩阵本身的250 V DC电源及5 V DC电源没有联系。

2 当前设计带来的安全隐患

2.1 机组保护拒动

A套保护或B套保护动作后均会驱动同一跳闸矩阵的同一列，然后驱动同一跳闸出口继电器。跳闸出口继电器002XR、010XR等为常失磁继电器（跳闸矩阵每一行对应一个跳闸出口继电器），正常情况下为失磁状态，只有当保护动作时才会励磁，然后通过辅助节点去断路器跳闸线圈跳闸。当跳闸出口继电器线圈损坏或线圈电源回路接触不良或跳闸矩阵某一行损坏时，运行人员无法及时得知，当保护装置动作时，跳闸出口继电器无法励磁，跳闸命令无法出口，造成保护拒动，后果严重。

2.2 安稳及主变高开关失灵拒动

主变高开关失灵跳闸、安稳装置A套跳闸和安稳B套跳闸3个信号采用并联方式全部接于跳闸矩阵第42列，如图5所示，通过驱动跳闸矩阵A行，然后驱动跳闸出口继电器去跳发电机出口断路器。当跳闸矩阵第42列红色插针或黑色插针损坏或接触不良，将会导致安稳A套和B套跳闸命令均无法出口，同时也会导致主变高开关失灵跳闸命令无法出口，后果非常严重，安稳装置拒动可能造成电力系统失稳等系统事故[4]。

图5 机组保护跳闸矩阵状态图

3 跳闸出口双重化研究

跳闸矩阵共有8行，每行对应一个出口继电器，当前已使用5行，还有3行为备用，利用现有跳闸矩阵，通过优化插针布置，增加新的跳闸出口继电器，可避免因跳闸矩阵单行或出口继电器单一元件故障导致保护不能出口的问题。但跳闸矩阵电源不能实现双重化（A、B套保护均只能用5E1），此方案改动相对较小，可实施性高。

3.1 跳闸矩阵单电源分析

A套保护和B套保护共用一个跳闸矩阵，跳闸矩阵为单电源，即每列的电源取自动作回路顶部的Uin，而Uin取自5E1+小母线，当5E1电源丢失，则通过跳闸矩阵各行的出口继电器无法励磁，保护无法出口。

机组保护设计了一个总跳闸出口继电器001XV，001XV继电器为常励磁继电器，其电源取自5E1，当5E1电源丢失时，001XV线圈电源丢失后失磁，001XV继电器的辅助节点会出口跳闸，避免了当5E1电源丢失后出口继电器无法励磁，保护拒动的风险。

同时，为增加5E1电源可靠性，对5E1上一级空开503JD进行双重化处理，即与当前空开503JD并联一个同样空开513JD，防止503空开损坏后，001XV失磁导致跳闸情况，增加了可靠性。

3.2 低压过流保护跳主变高压侧开关功能取消

机组保护A套P343装置设计有低压过流保护会去跳主变高压侧开关，其为主变保护的远后备保护，与主变后备保护的动作时间配合[5]。

按照“加强主保护，简化后备保护”[2]的思路，考虑到主变保护已有零序过流和低压过流等近后备保护，在发电机保护盘柜加设低压过流远后备保护意义有限，且容易发生出口继电器节点抖动导致误跳主变高压侧开关，故本次改造取消机组保护低压过流跳主变高压侧开关跳闸功能。

3.3 双重化改造思路

（1）修改跳闸矩阵各行的定义，使A、B套机组保护通过跳闸矩阵的不同行出口。

原跳闸矩阵各行的功能与修改后跳闸矩阵各行的功能如表1所示。

表1 跳闸矩阵各行在修改前后的功能

（2）修改跳闸出口继电器接线，使其与跳闸矩阵各行新的定义一致，A、B套保护跳GCB的出口分开，A套保护跳GCB的第一回跳闸线圈；B套保护跳GCB的第二回跳闸线圈（表2、3）。

表2 跳闸矩阵A行出口继电器002XR修改前后的功能

表3 跳闸矩阵B行出口继电器102XR修改前后的功能

跳闸矩阵的C行出口继电器（原跳500 kV出口开关（5002、5004、5006、5008）），取消其至主变保护柜的接线，新增至消防系统的回路，取消重动继电器KA2（表4）。

表4 跳闸矩阵C行出口继电器010XR修改前后的功能

原跳闸矩阵第D、E、F、G行无需进行修改。

（3）将外部保护动作信号分开（原跳闸矩阵第42列为安稳A套、B套及主变高开关失灵保护至机组的出口），需要将其分成3列，分别使用跳闸矩阵第20列（A套安稳系统切机）、第42列（B套安稳系统切机）、第43列（主变高开关失灵保护切机组）。

（4）根据新的跳闸矩阵各行定义，修改跳闸矩阵插针布置；修改后的跳闸矩阵插针布置见图6（背景色表示有修改）。

图6 修改后的跳闸矩阵插针布置图

4 结束语

本文对惠州蓄能水电厂机组保护跳闸出口回路进行分析，得出了机组保护当前设计的两个重大安全隐患，当前机组保护A套和B套保护共用跳闸矩阵和出口继电器，当跳闸矩阵某一行损坏或某一跳闸出口继电器损坏时，将会导致机组保护拒动，同时安稳装置A套、B套和主变高失灵保护均接至机组保护跳闸矩阵同一列，容易导致拒动，后果非常严重，安稳装置拒动可能造成电力系统失稳等系统事故。

本文依据惠州蓄能水电厂机组保护跳闸出口回路的设计图,结合标准要求，提出了机组保护跳闸出口双重化具体方案，解决了机组保护双重化不完全的问题，有效防止了单一元器件故障导致保护拒动的问题，可以为其他具有类似问题的机组保护双重化处理提供参考。

[1]中国南方电网有限责任公司.Q/CSG 110033-2012南方电网大型发电机及发变组保护技术规范[Z].

[2]DLT 5177-2003水力发电厂继电保护设计导则[S].

[3]DLT 587-2007微机继电保护装置运行管理规程[S].

[4]DLT 5147-2001电力系统安全自动装置设计技术规定[S].

[5]DLT684-2012大型发电机变压器继电保护整定计算导则[S].

TM77

：B

：1672-5387（2017）03-0021-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.03.006

2016-07-10

陈 强（1984-），男，工程师，从事继电保护、二次设备、发电机检修维护工作。