RCS-985大型发变组微机保护在伊敏电厂的应用

　　0引言
　　
　　内蒙古伊敏电厂装机容量为2×500MW，是我国第1座煤电联营大型坑口电站，年发电量在4TW·h以上，是东北地区“西电东送”、“北电南送”电力工业布局中的一个重要环节。电厂发电机和二次保护设备均由俄罗斯提供，但由于采用的保护是老式的分立式电磁型和晶体管保护，存在较多问题，所以在2002年2号机的保护更新改造中，选定了由南京南瑞继保电气有限公司研制的新型发变组保护装置RCS-985。
　　
　　本文针对伊敏电厂现有的俄罗斯发变组保护存在的问题，根据国家电力公司2002年《“防止电力生产重大事故的二十五项重点要求”继电保护实施细则》的要求，结合新型发变组保护装置RCS-985的功能特点，阐述了在大型机组（包括主变压器、发电机、高厂变、励磁机）上实现双套主保护、双套异常运行保护、双套后备保护的*双重化的设计及保护功能配置方案”。
　　
　　12号机组保护配置的原则
　　
　　对于2号机组，按照双套主保护、双套异常运行保护、双套后备保护*双重化的原则进行设计和配置。
　　
　　由于大型火电机组本身以及对于整个电力系统的重要性，《“防止电力生产重大事故的二十五项重点要求”继电保护实施细则》中明确指出：100MW及以上容量的发变组微机保护应按双重化配置，每套保护均含完整的差动及后备保护。
　　
　　RCS-985发变组微机保护的配置吸收了线路微机保护双主双后配置的思想，采用的硬件平台和软件技术，*改变了以往发变组微机保护基本上是分立式保护的翻版的模式，实现了大型发变组保护一体化，使大型机组*双重化配置更加简单，不仅提高了大型机组的安全性和可靠性，也给设计、运行、管理提供了极大的方便。
　　
　　22号机组屏柜配置及组屏设计
　　
　　对于伊敏电厂2号发变组单元，共配置A，B，C等3块保护屏，如图1所示。　　
　　其中，A，B两块屏配置两套相同的装置RCS-985，实现了发变组所有电量保护的双重化，并且A，B屏的出口*独立。
　　
　　由于主变、厂变等非电量保护为强电操作，回路较多，外部干扰多，因此，非电量保护单独组成C屏。C屏配置的保护装置包含两套非电量保护装置RCS—974G，由单独的CPU记录非电量保护的动作。非电量保护装置还包含非全相保护和启动失灵功能。电流回路、出口回路独立于A，B屏的回路，符合反措要求。
　　
　　为使现场运行方便、灵活、可靠，组屏设计有以下特点：
　　
　　a.充分考虑每套保护的独立性和互为后备的要求。每块屏柜的交流电流和交流电压回路、直流电源和熔断器回路*独立；装置保护电源和非电量保护电源相互独立；均有电源监视回路，以提高装置的可靠性。
　　
　　b.将A，B屏柜按交流电流、交流电压、输入回路、出口回路、信号回路等共分为7组，使接线规律清晰、简单，制造与使用界面清晰，以及制造更加标准化。
　　
　　c.屏柜上每个保护均设有投退及跳闸出口硬压板，当一块屏柜的回路、装置等出现异常而需要退出运行时，只需解除本屏柜的出口压板，不影响机组的运行。
　　
　　32号机组电流互感器、电压互感器及出口配置
　　
　　电流互感器配置如图1所示，主后备保护共用一组电流互感器，两套电量保护装置RCS—985采用不同组电流互感器，电流回路清晰、简单。主变高压侧、发电机机端、发电机中性点、高厂变各侧只需配置两组保护用电流互感器，对于零序及横差电流互感器，由于只有一组，串接接人两套装置。
　　
　　电压互感器配置如图l所示，A，B屏接相同的电压互感器。机端配置两组电压互感器，它们均接入A，B屏，一组电压互感器断线时，保护装置自动切换至正常电压互感器，发电机相间后备保护和发电机异常运行保护均不受影响。
　　
　　出口回路按照双重化配置。2号机组高压侧是一个半接线，边开关和中开关均为两个跳闸线圈，A，B屏保护装置各跳边开关和中开关的一个跳闸线圈，C屏保护出口同时动作于边开关和中开关的两个跳闸线圈。对于跳灭磁开关、关闭主汽门等出口方式，A，B，C屏的出口接点并接输出。
　　
　　42号机组保护配置方案
　　
　　4.1总体方案
　　
　　根据伊敏电厂2号机组要求，每台RCS—985发变组保护装置具体实现以下保护功能：
　　
　　a．发电机内部故障主保护：裂相横差、高灵敏单元件横差保护，发电机纵差保护。
　　
　　b．发电机异常运行及后备保护：定子接地保护，转子接地保护，失磁保护，失步保护，频率保护，逆功率保护，相间后备保护，定子过负荷保护，转子表层负序过负荷保护，过电压保护，过励磁保护。
　　
　　c．主变保护：发变组差动保护，主变差动保护，主变相间后备保护，主变零序保护。
　　
　　d．高厂变保护：高厂变差动保护，高厂变后备保护，分支后备保护。
　　
　　e．励磁机保护：励磁机差动保护，励磁机过流、过负荷保护。
　　
　　f．非电量保护：断水保护，热工保护等非电量保护。
　　
　　正常运行时，A，B屏均投入上述保护（转子接地保护一般只投入一套，需要时可以切换至另一套），实现了发变组保护真正意义上的双主双后。
　　
　　对于发变组差动、变压器差动，装置提供两种涌流判别原理，分别为二次谐波原理和波形判别原理，一套装置中差动保护投二次谐波原理，另一套装置投波形判别原理。
　　
　　4.2发电机内部故障主保护多重化配置方案
　　
　　2号机组定子绕组为两支路Y型链接，中性点侧引出6个端子，如图1所示。针对可能出现的相间短路、同相同分支匝间短路、同相不同分支匝间短路、不同相两分支短路以及分支开焊故障，每台RCS-985中都配置了高灵敏单元件横差保护、裂相横差保护、发电机纵差保护等3套不同原理的主保护，两台RCS-985就实现了发电机内部故障的六重化配置。
　　
　　4.2.1浮动门槛和电流比率制动相结合的高灵敏横差保护
　　
　　大量试验研究和运行实践表明：装设在发电机两个中性点联线上的单元件横差保护不仅能反应发电机定子绕组匝间短路、定子分支开焊故障，还能反应发电机定子绕组相间短路（但不反应机端相间短路），具有接线简单、功能齐全等优点，因而作为2号机组内部故障的主保护。
　　
　　在RCS-985中，提出并实现了浮动门槛和电流比率制动相结合的高灵敏横差保护的新原理。它有以下技术特点：
　　
　　a．采用加权相电流比率制动。对于区外故障，加权相电流增加很大，能可靠制动；对于匝间轻微故障，横差电流增加较大，而相电流变化不大，有很高的动作灵敏度；对于定子相间故障，横差电流增加很大，而相电流增加也比较大，仅以小比率相电流增量做制动，保证了横差可靠动作。
　　
　　b．采用浮动门槛技术躲过对其他工况（不同负载、电压升高、失磁故障等）下横差不平衡电流的增大。
　　
　　c．频率跟踪与数字滤波器相结合。频率偏移时，3次谐波滤过比仍大于100。
　　
　　由于采取了以上措施，横差电流定值只需按躲过正常运行时不平衡基波电流整定，区内故障灵敏动作，区外故障可靠制动。
　　
　　4.2.2裂相横差保护
　　
　　由于2号机组每相为双分支，并且中性点所有端子全部引出，所以将裂相横差保护作为内部故障时的另一重主保护。
　　
　　裂相横差原理接线如图2所示。当定子绕组发生一分支的匝间短路（K1）、同相不同分支间的匝间短路（K3）和不同相两分支相间短路（K2）时，裂相横差保护均能动作；对于大负荷时一分支开焊（K4）时，裂相横差保护也有反应。因此，裂相横差保护也是发电机定子绕组所有内部故障的主保护。在RCS-985中，裂相横差保护采用比率制动原理，动作判据和纵差保护一样，具有很高的灵敏度。　　
　　4.2.3高灵敏的发电机纵差保护
　　
　　发电机纵差保护可以很好地保护定子相间短路（包括横差所不能反应的机端相间短路），因此，它也是发电机内部故障主保护中不可替代的。
　　
　　在RCS-985中，包括工频变化量比率差动、变斜率比率差动及高值比率差动等3种原理的发电机纵差保护，它们具有以下技术特点：
　　
　　a．将工频变化量原理引入发电机纵差。工频变化量比率差动只反应故障分量，不受发电机正常运行时负荷电流的影响，受过渡电阻影响很小，极大地提高了发电机、变压器内部轻微故障时保护的灵敏度；采取浮动门槛等自适应技术，区外故障不会误动。
　　
　　b．变斜率比率差动动作特性较好地与差流不平衡电流配合。与传统纵差相比，增加了灵敏动作区，减少了易误动区；由于一开始就带制动并且采用了频率跟踪技术，因此，差动起始定值可以安全地降低，提高了发电机内部轻微故障时尤其是机组启停过程中（45Hz～55Hz）内部轻微故障差动保护的灵敏度。
　　
　　c．高值比率差动由高比率制动系数抗电流互感器饱和，区内严重故障时快速动作。
　　
　　4.2.4对大型水轮机组保护配置的借鉴意义
　　
　　发电机内部故障采用3套不同原理六重化配置的主保护方案，对于多分支分布中性点的大型水轮发电机组的保护配置同样适用。以三峡机组为例，可以将高灵敏单元件横差保护作为三峡大型发电机内部故障的*灵敏主保护，对于发电机内部相间短路和匝间短路，均能可靠动作；三峡机组大部分为5分支或8分支，将每相并联分支数一分为二，配置裂相横差保护作为另一重主保护，不仅能保证在情况下横差拒动时可靠的后备功能，而且它和单元件横差保护一起，能对定子绕组开焊起到一定的保护作用，具有很高的灵敏度；同时，配置变斜率比率差动、工频变化量差动及高值比率差动作为相间故障的另一重主保护。
　　
　　5运行情况
　　
　　保护自投运以来，工作稳定。2002年9月15日，程序逆功率保护正确动作。由于采用了双主双后的配置，给运行带来了很大的方便，提高了保护的可靠性。同时，由于采用了双CPU系统结构和DSP技术，具有完善的自检功能和录波功能，无须人为检查，维护工作量很少。2003年1号机组保护改造将继续选用RCS—985装置。
　　
　　6结论
　　
　　a．伊敏电厂2号机组实现的双套主保护、双套异常运行保护、双套后备保护的*双重化的设计及保护功能配置方案具有以下优点：运行方便，安全可靠；设计简洁，二次回路清晰；调试和维护方便。
　　
　　b．RCS-985微机发电机变压器组成套保护装置采用主后备保护一体化方案，设计合理，原理*，性能*，调试维护方便，使得大型发变组保护的双主双后备设计能很方便地实现。
　　
　　c．发电机内部故障主保护的3套不同原理六重化配置的方案，对多分支分布中性点的大型发电机组的保护配置具有一定的借鉴意义。
　　
　　d．双主双后的发变组保护方案将成为大机组微机保护的选型趋势。