周海霞 毛坤

潘家口水電站150 MW發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)的配置和動(dòng)作時(shí)限優(yōu)化

周海霞 毛坤

結(jié)合潘家口水電站實(shí)際情況介紹了常規(guī)機(jī)組繼電保護(hù)配置方案，并針對(duì)PCS-985GW大型發(fā)電機(jī)微機(jī)型繼電保護(hù)裝置特點(diǎn)，對(duì)發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)限進(jìn)行優(yōu)化。

潘家口水電站 繼電保護(hù) 動(dòng)作時(shí)限

潘家口水利樞紐分兩期建設(shè)：一期工程安裝有1臺(tái)單機(jī)容量150 MW的常規(guī)機(jī)組，于1981年投產(chǎn)發(fā)電；二期工程安裝了3臺(tái)單機(jī)容量90 MW的抽水蓄能機(jī)組，于1993年并網(wǎng)發(fā)電。常規(guī)及蓄能機(jī)組采用發(fā)電機(jī)、變壓器單元接線，全部機(jī)組以220 kV高壓輸電線路并入華北電網(wǎng)。常規(guī)機(jī)組屬水利部海河水利委員會(huì)引灤工程管理局，該機(jī)組供水結(jié)合發(fā)電、兼顧防洪；抽水蓄能機(jī)組屬國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司，主要用于電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)相、調(diào)頻及緊急事故備用。潘家口水利樞紐一、二期相輔相成，在華北電網(wǎng)起的作用至關(guān)重要。

1　常規(guī)發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)的更新

潘家口水電站常規(guī)機(jī)組發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)裝置經(jīng)多年運(yùn)行，已不滿電網(wǎng)要求，備品備件短缺，設(shè)備各項(xiàng)性能技術(shù)指標(biāo)逐步下降，維護(hù)周期縮短，保護(hù)拒動(dòng)、誤動(dòng)的情況時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響了整個(gè)水利樞紐的安全、優(yōu)質(zhì)、高效運(yùn)行。

隨著少人值班水電廠的出現(xiàn)，潘家口水電站也加快了綜合自動(dòng)化的改造，這就要求繼電保護(hù)裝置在滿足可靠性、選擇性、靈活性和速動(dòng)性的前提下，還應(yīng)具有組網(wǎng)和數(shù)據(jù)通信能力，并需按照電網(wǎng)要求實(shí)現(xiàn)雙重配置。

本次常規(guī)機(jī)組繼電保護(hù)更新改造，A套和B套保護(hù)均采用南瑞繼保生產(chǎn)的PCS-985GW微機(jī)型、多CPU帶通訊口的繼電保護(hù)裝置。

根據(jù)電網(wǎng)要求，發(fā)電機(jī)保護(hù)在原有基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化配置（見圖1）。

發(fā)電機(jī)縱差保護(hù)：瞬時(shí)跳發(fā)電機(jī)出口斷路器01DL、跳滅磁開關(guān)、停機(jī)(關(guān)導(dǎo)水葉)。

零序電壓匝間保護(hù)：延時(shí)0.1 s跳發(fā)電機(jī)出口斷路器01DL、跳滅磁開關(guān)、停機(jī)(關(guān)導(dǎo)水葉)。

復(fù)壓過流保護(hù)：延時(shí)0.5 s跳發(fā)電機(jī)出口斷路器01DL、跳滅磁開關(guān)、停機(jī)(關(guān)導(dǎo)水葉)。

定子過電壓保護(hù)：延時(shí)0.3 s跳發(fā)電機(jī)出口斷路器01DL、跳滅磁開關(guān)、停機(jī)(關(guān)導(dǎo)水葉)。

失磁保護(hù)：Ⅰ段延時(shí)1 s跳發(fā)電機(jī)出口斷路器01DL、跳滅磁開關(guān)、停機(jī)(關(guān)導(dǎo)水葉)；Ⅱ段延時(shí)0.5 s跳發(fā)電機(jī)出口斷路器01DL、跳滅磁開關(guān)、停機(jī)(關(guān)導(dǎo)水葉)；Ⅲ段延時(shí)3 s跳發(fā)電機(jī)出口斷路器01DL、跳滅磁開關(guān)、停機(jī)(關(guān)導(dǎo)水葉)。

95%定子一點(diǎn)接地保護(hù)：95%定子一點(diǎn)接地延時(shí)1 s發(fā)報(bào)警信號(hào)；100%定子一點(diǎn)接地延時(shí)2 s跳發(fā)電機(jī)出口斷路器01DL、跳滅磁開關(guān)、停機(jī)(關(guān)導(dǎo)水葉)。

發(fā)電機(jī)負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)：定時(shí)限負(fù)序過負(fù)荷延時(shí)3 s發(fā)報(bào)警信號(hào)；反時(shí)限負(fù)序過負(fù)荷延時(shí)1.1 s跳發(fā)電機(jī)出口斷路器01DL、跳滅磁開關(guān)、停機(jī)(關(guān)導(dǎo)水葉)。

定子過負(fù)荷保護(hù)：延時(shí)7 s發(fā)報(bào)警信號(hào)。

勵(lì)磁繞組一點(diǎn)接地：延時(shí)1 s發(fā)報(bào)警信號(hào)。

發(fā)電機(jī)失步保護(hù)：跳發(fā)電機(jī)出口斷路器01DL、跳滅磁開關(guān)、停機(jī)(關(guān)導(dǎo)水葉)。

發(fā)電機(jī)過勵(lì)磁保護(hù)：延時(shí)5 s發(fā)報(bào)警信號(hào)；延時(shí)5 s跳發(fā)電機(jī)出口斷路器01DL、跳滅磁開關(guān)、停機(jī)(關(guān)導(dǎo)水葉)。

發(fā)電機(jī)逆功率：保護(hù)延時(shí)15 s發(fā)報(bào)警信號(hào)；延時(shí)180 s跳發(fā)電機(jī)出口斷路器01DL、跳滅磁開關(guān)、停機(jī)(關(guān)導(dǎo)水葉)。

發(fā)電機(jī)頻率保護(hù)：低頻累計(jì)3 min發(fā)報(bào)警信號(hào)；過頻延時(shí)0.2 s跳發(fā)電機(jī)出口斷路器01DL、跳滅磁開關(guān)、停機(jī)(關(guān)導(dǎo)水葉)。

圖1　保護(hù)配置圖

發(fā)電機(jī)起停保護(hù)：延時(shí)7 s跳發(fā)電機(jī)出口斷路器01DL、跳滅磁開關(guān)、停機(jī)(關(guān)導(dǎo)水葉)。

發(fā)電機(jī)誤上電保護(hù)：延時(shí)0.2 s跳發(fā)電機(jī)出口斷路器01DL、跳滅磁開關(guān)、停機(jī)(關(guān)導(dǎo)水葉)。

發(fā)電機(jī)出口斷路器失靈保護(hù)：Ⅰ段延時(shí)0.1 s跳發(fā)電機(jī)出口斷路器01DL，啟動(dòng)發(fā)電機(jī)出口斷路器失靈；失靈Ⅱ段延時(shí)0.5 s跳高壓側(cè)2201DLⅠ、Ⅱ，跳廠變高壓側(cè)11DL，跳滅磁開關(guān)，停機(jī)(關(guān)導(dǎo)水葉)，跳發(fā)電機(jī)出口斷路器01DL。

2　發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)動(dòng)作時(shí)限的整定

潘家口水電站地處冀北電網(wǎng)末端，相對(duì)于電網(wǎng)電氣中心連接距離較遠(yuǎn)，針對(duì)該特點(diǎn)，本工程根據(jù)設(shè)備廠家設(shè)備和試驗(yàn)參數(shù)、電廠運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和電力系統(tǒng)要求進(jìn)行優(yōu)化整定。

2.1縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)

縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)作為發(fā)電機(jī)主保護(hù)瞬時(shí)動(dòng)作切除故障。

2.2零序電壓匝間保護(hù)

零序電壓匝間保護(hù)為發(fā)電機(jī)主保護(hù)。但實(shí)際運(yùn)行中，利用基波分量作為制動(dòng)分量的零序電壓匝間保護(hù)容易產(chǎn)生誤動(dòng)，因此，實(shí)際整定中增加0.1 s延時(shí)，以保證匝間保護(hù)動(dòng)作的可靠性。由于匝間保護(hù)在故障過程中，零序電壓基波分量是波動(dòng)的，其最大值較大，若靈敏段定值較高，則靈敏段將失去意義，若整定值較小，則可能處于縱向零序電壓波動(dòng)范圍內(nèi)；因此，增加一個(gè)短延時(shí)是必要的，首先，在故障切除后，縱向零序電壓基波分量也不是立即降低，其次，需要增加延時(shí)躲過縱向零序電壓的波動(dòng)。與此同時(shí)，在發(fā)電機(jī)內(nèi)部已經(jīng)發(fā)生故障的情況下，小延時(shí)也不會(huì)造成對(duì)發(fā)電機(jī)更大的損壞。

2.3發(fā)電機(jī)復(fù)壓過流保護(hù)

發(fā)電機(jī)復(fù)壓過流保護(hù)作為發(fā)電機(jī)相間短路后備保護(hù)，當(dāng)發(fā)生短路故障且發(fā)電機(jī)主保護(hù)拒動(dòng)時(shí)，延時(shí)0.5 s切除故障。

2.4發(fā)電機(jī)過電壓保護(hù)

對(duì)于采用可控硅勵(lì)磁的水輪發(fā)電機(jī)，其在運(yùn)行中出現(xiàn)定子過電壓的可能性很小，因此，其過電壓定值通常高于火電機(jī)組，本工程發(fā)電機(jī)過電壓保護(hù)取1.5Ue。一旦發(fā)生故障，出于大型水輪發(fā)電機(jī)定子絕緣考慮，設(shè)0.3 s延時(shí)迅速動(dòng)作跳閘。

2.5發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)

為了確保失磁保護(hù)不誤動(dòng)，失磁保護(hù)動(dòng)作后應(yīng)延時(shí)動(dòng)作于出口。當(dāng)失磁失步后，機(jī)端阻抗的測(cè)量軌跡有可能交替地進(jìn)入阻抗圓再出來。為了保護(hù)能可靠動(dòng)作出口，其動(dòng)作延時(shí)不宜過長(zhǎng)。在發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行、外部短路故障和系統(tǒng)震蕩時(shí)，計(jì)算阻抗可能落入阻抗圓內(nèi)，這時(shí)如迅速跳閘雖然對(duì)設(shè)備安全有益，但是機(jī)組跳閘會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生沖擊，影響電網(wǎng)質(zhì)量。

考慮到以上原因及目前系統(tǒng)震蕩的最長(zhǎng)震蕩周期，結(jié)合潘家口水電廠與電網(wǎng)電氣中心連接距離較遠(yuǎn)、穩(wěn)定性較低等特點(diǎn)，最終確定失磁保護(hù)的動(dòng)作時(shí)限為Ⅰ段延時(shí)1 s，Ⅱ段延時(shí)0.5 s，Ⅲ段延時(shí)3 s動(dòng)作。

2.6定子過負(fù)荷保護(hù)

實(shí)際運(yùn)行中，發(fā)電機(jī)定子過負(fù)荷可能性很小，因此，保護(hù)延時(shí)按躲過后備保護(hù)的最大延時(shí)7 s整定。

2.7發(fā)電機(jī)過勵(lì)磁保護(hù)

本次保護(hù)更新改造新增過勵(lì)磁保護(hù)，動(dòng)作延時(shí)根據(jù)保護(hù)的出口方式及被保護(hù)的設(shè)備情況而定，高定值段動(dòng)作延時(shí)與系統(tǒng)協(xié)調(diào)落實(shí)確定：延時(shí)5 s發(fā)報(bào)警信號(hào)；延時(shí)5 s跳閘。

2.8發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)

本次保護(hù)更新改造新增逆功率保護(hù)，不經(jīng)觸點(diǎn)閉鎖，延時(shí)15 s動(dòng)作于信號(hào)；動(dòng)作于解列時(shí)，根據(jù)機(jī)組允許的逆功率運(yùn)行時(shí)間，取3 min。

2.9發(fā)電機(jī)頻率保護(hù)

本次保護(hù)更新改造新增頻率保護(hù)功能。頻率保護(hù)累計(jì)允許運(yùn)行時(shí)間和每次允許的持續(xù)運(yùn)行時(shí)間國(guó)內(nèi)尚無正式的統(tǒng)一規(guī)定，實(shí)際整定中綜合考慮了發(fā)電機(jī)組和電力系統(tǒng)的要求，并根據(jù)制造廠家提供的技術(shù)參數(shù)確定：低頻累計(jì)3 min動(dòng)作信號(hào)，過頻延時(shí)0.2 s動(dòng)作跳閘。

3　結(jié)語

潘家口水電站更新的雙套保護(hù)裝置和相應(yīng)定值已于2015年初投入，經(jīng)過一年多的考核運(yùn)行，繼電保護(hù)裝置正確地發(fā)揮作用，保障了電氣設(shè)備的安全，維持了電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。保護(hù)設(shè)備均經(jīng)受住了考驗(yàn)，運(yùn)行狀況良好，并已通過了工程驗(yàn)收。

[1]水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組．水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè).電氣二次[M].北京：水利電力出版社，1984.

[2]戴延年．小型水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè).電氣二次[M].北京：水利電力出版社，1989.

[3]DL/T 5177—2003水力發(fā)電廠繼電保護(hù)設(shè)計(jì)導(dǎo)則[S].

[4]DL/T 684—2012大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則[S].

[5]能源部西北電力設(shè)計(jì)院編．電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè).電氣二次部分[M].北京：水利電力出版社，1990.

[6]趙靜樸，肖勇．水輪發(fā)電失磁保護(hù)配置及誤動(dòng)作分析[J]．水電站機(jī)電技術(shù)．2012,35(5):90-91.

周海霞 女 工程師中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司 天津 300222

毛坤 男 工程師 上海置信節(jié)能環(huán)保有限公司 上海 200335

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