合理配置微机发变组保护 提高电网安全运行水平

王跃豪

（中电（商丘）热电有限公司，河南商丘 476000）

电网安全运行取决于多个影响因素，对发变机组进行有效保护是从电力生产的源头对整个电网安全进行控制，是非常重要的管理环节。在实际的管控中，需要通过合理配置微机的方式来强化其安全管理，进而实现整个电网安全运营目标。这些配置工作需要充分考虑实际的运营情况和安全需求，在一些相关安全的基本功能参数上要通过合理优化配置，才能最终形成一个较为合理的运营条件。而这些都会具体反映在发变组的微机配置上，进而形成安全稳定运行的基础。

1 发变组应用现状概述

随着我国制造业和工业生产的快速发展，对电力能源的需求直线上升，这对于整个电力产业建设是一个非常重要的激励，加之国内在大容量电机组的设计与制造水平快速提高，具备更好经济效益的大容量发电机组得以大量生产并持续投入运营。这极大地缓解了用电压力，但同时对电网安全运行也构成了一定的威胁。为此，需要在保障措施所涉及的各个方面进行优化和完善，形成最有效和稳定的保障效果。

从目前我国的电力网络系统建设情况来看，采用微机系统进行全面管理已经成为基本的模式，这种将信息系统引入电网系统功能管理的方式和方法已经成为主流的选择方式，并为整个电力建设提供了非常有力的支持作用。构成发变组的发电机和变压器经过微机的协调和控制，能够使得整个系统的运行可以处于稳定的状态，通过合理配置各配电系统的参数，能够实现对整个电网的安全和智能化管理，其配置的合理性和有效性对于整个电网的运行效果有着非常重要的影响。

2 微机发变组配置对电网安全运行效能的提升研究

总的来说，发变组主要由2种设备组成，即发电机和变压器，发变组可以看作是发电系统的基本单元。发变组系统的功能结构设计是发电机出线接升压变压器，并接入到低压侧的线圈上，通过升压变压器进行有效升压后，才能与母线连接，最后与电网并网。发变组是整个发电厂最核心的部分，其安全稳定运行是整个电网安全稳定运行的最根本保障。基于此，对相关问题的研究才具有重要的价值，并能够得到电厂等单位的高度重视。

2.1 微机发变组保护合理配置的必要性

分析发变组安全风险因素，随着发电机的容量持续增大，机组本身的热容量必然降低，包括发电机组的定子和转子，实际的负荷能力会有程度不同的下降。这些情况会造成继电保护系统的整体运营效能面临了更大的挑战，包括可靠性、灵敏性、选择性和快速性上，都有不同程度的效能降低问题。为使发电机组确保运行安全的同时，还可以发挥其过负荷性能，就需要对系统的反时限特性实施过负荷保护条件下的优化配置。根据发电量增大条件，其实际参数也要做出必要的调整，使得电抗增大同时，定子电阻却可以降低。这会造成3个结果：一是发电机短路能力会有所降低，使得保护灵敏性的要求必须显著提升；二是发电机静稳系数降低，当系统遭受各种扰动，发电机出现低励故障问题，系统非常容易发生静态失稳问题；三是发电机异步转矩会显著下降，由此出现机组失磁以及运行滑差增大等问题，此时发电机组需要更加完善的保护。

2.2 发变组保护配置的原则

按照目前国家《继电保护和安全自动装置技术规程》中明确的相关标准，电厂在进行发变组建设时需要对整个发电机的主保护、定子过负荷、转子过负荷、失磁等保护标准有严格的标准。对发电量超过100 MW 的发电机，确保发电机和变压器组能够共同使用纵联差动保护，同时，发电机本身还需要加装独立差动保护装置。对发电量为200～300 MW 的发电机变压器组，可以考虑对变压器进行纵联差动保护等必要措施，实施双重快速保护设置，提高整个系统运行的稳定性。对发电量超过300 MW 的发电机变压器组，必须按要求设置双重快速保护系统，通过加装纵联差动保护等方式，实现对发电机和变压器组的全面保护作用。对发电量超过100 MW 的发电机，必须按要求加装保护区，实现定子的完全接地保护。

同时，针对发电机外短路及主保护的后备选择保护措施，必须对其进行相应的保护配置。具体来说，对于容量超过50 MW 的发电机，需要加装负序过电流保护元，提高其对负电流的过载影响，还要加装单元件过电流保护，对低压启动过程中产生的过电流风险进行必要的防控。对发电机转子负序电流承载能力的判定，其基本方式就是通过I2·t ≤A 进行判断。对于系统中的那些不对称负荷情况以及非全相运行和外部短路导致负序电流情况，要严格根据发电机过负荷保护标准进行装设。超过100 MW 且电流小于10 A 的发电机，需要根据定时限与反时限转子过负荷情况设置具体的保护系统。

发变组中还有一个比较常见的故障问题，就是失磁故障，该故障以励磁电流大幅降低甚至消失为特征，需要通过失磁保护装置进行针对性防护。对于容量不足100 MW 的发电机，禁止在失磁状态下运行，装设有半导体励磁系统的发电机，需加设专用保护装置进行失磁保护。对容量在600 MW 及以上的发电机，失磁保护的方式可选择双重保护措施。这些具体的防护要求，需要充分结合电网与微机系统的特点进行保护设计，通过对微机系统的配置进行合理优化，将各种保护措施整合起来，形成一个完善的保护体系，对整个发变组的安全运营有非常大的促进作用。

2.3 对几个电网事故案例的分析

近些年来，由于电厂机组更新，相关配套建设和辅助保护措施未能及时跟进，电网故障问题时有发生。通过研究这些具有典型特点的故障问题，对通过微机进行合理配置参数的基本规律和必要保护措施选择有很大帮助。发变组的保护措施是必不可少的，且必须充分发挥作用，才能从根本上有效形成对整个电网安全运行的全面保障效果。

2.3.1 220 kV电网A相故障继电保护装置异常动作

某电网ZCG－1A 型继电保护装置出口回路3个二极管被击穿，造成高值继电器接点烧损，并将负电引入跳闸回路（N33），故障未能切除。当I02保护动作将正电引入N33端时，造成直流熔断器熔断，保护拒动，故障一直未能切除。但使高频停讯，对侧高频保护三相跳闸。该系统保护拒动后，因电通两回线为短线，在故障期间零序电流最大为360 A，低于该两回线电厂侧最末段零序保护定值，保护不能动作，至使故障存在30s 后自动消失。此时电厂发电机负序电流反时限保护因故退出运行，已不能可靠地起到保护作用，这直接威胁机组的安全，如故障不能自动消失，其后果难以预料。

2.3.2 发电厂200 MW汽轮发电机组失磁运行

某发电厂的7号机组在正常运行中突发失磁故障，其瞬时吸收系统无功达200 Mvar。由此致使220 kV 系统中枢母线电压直接出现急剧下降的情况，并引起220 kV 系统的电压大幅度摇摆问题。而应该起到必要保护作用的失磁保护却未能跳闸形成保护作用，好在当时电力系统中无功比较充足，如果当时系统中无功功率不足，则极易引起电网电压崩溃。

2.3.3 电厂300 MW汽轮发电机组失磁运行

某发电厂4号发电机组（300 MW）进行进相试验，由于自动励磁调节器异常，4号发电机组失去励磁。机组从系统中大量吸收无功功率，使整个地区500 kV 电网出现大面积摇摆。失磁保护虽然投入跳闸，但由于失磁保护电压闭锁元件远离摇摆中心而不能开放，无法将机组从系统中切除。系统振荡，直到运行人员手动将励磁系统切换至备用励磁运行。虽然此次异常没有造成更为严重的后果，但如果失磁的机组是600 MW或更大容量机组，对系统及设备的不良影响将是灾难性的。

从实际运行中发生的诸多事故和异常事例可以看出，当系统发生事故、异常情况时，发变组后备保护所起的作用是不可低估的，甚至是不可替代的。如果发变组后备保护配置不合理或不能起到应有的作用，对电力设备和电力系统的危害是极其严重的。许多发电机异常保护，如失磁、负序过电流等，它们所起的作用有时是纵差保护所起不到的，此时，其作用与主保护同等重要。运行实践表明，这些保护的动作概率并不比纵差保护小。

2.4 微机保护特点及微机发变组保护配置

线路微机保护方式得以充分采用，这使得近几年来的电网运行安全有非常显著的提升。微机发变组保护能够达到更高可靠性，并且在整机性能以及抗干扰能力方面，有着更好的表现。采用微机保护装置可以实现更便捷的升级换代，在系统智能化自检方面功能更趋于完善。整个保护系统的维护非常简单，其配置也非常灵活，在对系统进行调试时能够突出方便简化等优点。这些保护措施使得整个系统的配置更加灵活，集成度更高，但也使得这些保护措施过于集中。

从目前看，已投入实用化的微机发变组保护的构成均为每套微机保护装置包含若干个CPU 系统，1个CPU 系统可实现几个完整的继电保护功能。一样的硬件，由不同的软件实现。虽然生产厂家目前均考虑将主保护分散在各CPU 系统上，并且将同种类型的保护分别放于不同的CPU 系统上，对主保护实现双重化。但实际运行中如果某一CPU出现异常或某一保护柜因故停用，则必然有多种保护随之退出，威胁一次设备安全。

3 结束语

综上所述，发变组是整个电网运行的核心功能单元，其安全性直接决定了整个电网的运行安全，也成为整个电力生产和运营的最重要环节。发变组的安全运行需要微机配置提供稳定支持，微机配置的合理性是决定整个发变组功能表现的主要因素，也是决定性因素，其研究的价值也能够从此得以体现。其配置的合理性必须将实际应用环节作为一个重要的方面加以充分考虑，同时还要对各种影响环节有具体掌握，这样才能充分保障整个配置满足实际的应用需要。