白山发电厂发变组保护装置双重化配置及应用

本文格式为Word版，下载可任意编辑——白山发电厂发变组保护装置双重化配置及应用第32卷第2期2023年5月Vol.32No.2May2023

白山发电厂发变组保护装置双重化配置及应用

任洋1,刘治国1,康大为1,鲍峰1,马跃林1,郎红军2

(1.白山发电厂,吉林省桦甸市132400;2.饱满发电厂,吉林省吉林市132108)

摘要:根据国家电网公司《“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》中对

于发变组的微机保护必需采用双重化及其近期提出的智能化电网建设的要求,结合白山发电厂300MW机组微机保护装置的改造,对采用WFB-805A微机型发变组保护装置如何进行双重化配置及应用加以阐述,为今后的水电厂微机保护装置改造提供经验。关键词:双重化微机保护;智能化电网;发变组保护装置

0引言

白山发电厂5台300MW机组于2023年5月28日完成微机保护装置的改造,全部实现双重化配置。白山发电厂发电机、变压器依照原国家电力公司国电调〔20237138号文件〕《“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》(以下简称“《实施细则》〞)的要求,进行了如下配置:

1)发电机、变压器的所有电气量保护均实现双重化配置;

2)双重化配置的保护装置之间无电气联系;3)发电机、变压器组非电量保护装置独立的电源网络(包括电源监视网络)、出口跳闸回路应完全独立,在保护柜上的安装位置相对独立;

4)每套保护装置的交流电压、交流电流应分别取自电压互感器和电流互感器相互独立的绕组,达到保护范围交织重叠,避免了死区;

5)每套保护均有完整的差动及后备保护[1],能确凿反映被保护设备的各种故障及异常状态,并能有路闸动作或给出信号;

6)2套完整的电气量和非电量保护跳闸回路能同时作用于断路器的2个跳闸线圈;

7)为与保护双重化配置相适应,每台机组断路器选用双跳闸线圈机构的断路器,其断路器和隔离开关的辅助接点切换回路与其他保护协同的相关回路,都遵循相互独立的双重化配置原则;

8)白山一期3台保护装置依照双重化要求,考虑到运行和检修时的安全性,当运行中的一套保护因异常需要退出或检修时,不影响另一套保护运行。

实施继电保护装置双重化的目的:①在设备发生故障时,防止因保护装置拒动而给故障设备造成进一步的危害;②在保护装置故障、异常或检修时,

收稿日期:2023-09-23。

避免因缺少保护而导致一次设备不必要的停运。从

经济角度来说,前者保护设备的连续性降低设备因损坏而导致的直接经济损失,后者主要保证发电设备运行的连续性,提高电厂的经济效益。

1系统设计

1.1设计思想

白山发电厂发电机、变压器保护采用的是许继公司生产的WFB-805A微机型发变组保护装置,该套保护装置采用双套主保护、双套后被保护、非电量类保护完全独立的配置,符合“保护的双重化,指的应当是配置2套独立、完整的保护装置〞的要求[2];采用大屏幕液晶显示,以专用管理机负责人机对话及全部信息处理,可与电厂综合自动化系统连接,并通过监控系统实现对保护的管理,满足了白山发电厂智能化建设的技术要求。1.2系统整体结构1.2.1系统物理结构

WFB-805A微机型发变组保护装置结构方式:硬件采用32bit高性能数字信号处理器(DSP)、32bit规律处理器和16bit高速串口模拟/数字(A/D)转换器;强弱电完全分开,具有高度自检功能,保证硬件的高可靠性。机箱采用48.26cm(19英寸)6U全宽机箱,抗干扰能力强;装置有2个完全独立的、一致的中央处理器(CPU)板,并各自具有独立的采样、A/D变换、规律计算功能;2块CPU板硬件电路完全一样,2块CPU板通过与门和启动出口连接。另有1块人机对话板,由1片DSP专门处理人机对话任务,人机对话担负键盘操作和液晶显示功能。正常时,液晶显示当前时间、机组的主接线、各侧电流、电压、差电流。人机对话中所有的菜单均为简体汉字,通过为保护提供的软件,可对保护进行更为便利、详尽的监视与控制。装置核心部分采用德州仪器公司32bit的数字信号处理

40·设备保护·任洋,等白山发电厂发变组保护装置双重化配置及应用

器TMS320C32,主要完成保护的出口规律及后台功能,使保护整体确切、高速、可靠。模拟量变换由2～3块交流变换插件完成,功能是将电流互感器、电压互感器二次电气量转换成小电压信号。保护出口和开入由2块跳闸出口插件和4块开入开出插件构成,完成跳闸出口、信号出口、开关量输入等功能。WFB-805A微机型发变组保护装置硬件见图1。

图1WFB-805A微机型发变组保护装置硬件

1.2.2软件规律结构

WFB-805A微机型发变组保护装置软件平台采用ATI公司的实时系统(RTOS)的嵌入式实时操作系统(NucleusPlus),NucleusPlus是一个经过测试的内核,保证软件运行的稳定性。系统应用总体见图2。

屏均配置发电机差动、主变差动及发变组差动保护,以保证因回路或装置异常停用一套保护装置时,另一套保护装置仍满足发电机差动、主变差动及发变组差动保护的双重化配置。另外,出口回路双重化是保护双重化配置的最终表达,为此,主变高压侧断路器采用2组跳闸回路,考虑到现场实际状况,采用A、B屏既能保护同时启动该断路器的2组跳闸线圈,又可以2套保护分别启动该断路器的2组跳闸线圈的方法。2.2电压互感器双重化配置

机端配置2组电压互感器。这2组电压互感器均接入A屏和B屏,1组电压互感器断线时,继电器动作,随时发出断线信号。电压互感器断线判别如下。

1)判据原理判据1:电压平衡式电压互感器断线判别

比较2组电压互感器二次侧的电压,当某一电压互感器失去电压时继电器动作,瞬时发出断线信号。其断线规律如图3所示。

图3电压平衡式电压互感器断线规律

图2系统应用总体

2)定值整定判据2:无零序电压的单组电压互感器断线判别

1)U+U+Uc>18V且三相电流都小于Iset,则单相、两相断线。

2)三相电压小于8V,且任一相电流大于0.06倍额定电流、三相电流都小于Iset,则三相断线,满足上述任一条件后延时80ms发电压互感器断线信号。

判据3:零序电压型的单组电压互感器断线判别

a

b

·

·

·

构成系统的各个装置之间、每一装置内各保护CPU之间以及保护CPU与通信管理CPU之间通过现场总线相连,可便利地实现数据共享、自检和互检,同时减少各部分的关联性,有利于整体可靠性的提高。单元管理机以串行通信或网络通信方式与电厂监控系统相连,可以对电厂监控系统上送事件报告、告警信息等,并可通过电厂监控系统对保护系统所具有的各种功能实施全遥控操作。单元管理机设有2组独立的通信接口RS-485(可配置成光纤),还可转换为2个独立的以太网,支持IEC60870-5-103通信协议,满足电厂自动化系统的要求。

2双重化配置方案

2.1发变组差动的双重化配置

WFB-805A微机型发变组保护装置配置:A、B

1)Ua+Ub+Uc-K·3U0>Uset且三相电流

都小于Iset,则单相、两相断线;当接地方式为1时,k=0.5773;当接地方式为0(非直接接地)时,k=1.732。

2)三相电压小于8V,且任一相电流大于0.06倍额定电流、三相电流都小于Iset,则三相断

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水电厂自动化

故障分量负序功率ΔP2为:

线,满足上述任一条件后延时80ms发电压互感器断线信号。2.3电流互感器双重化配置

WFB-805A微机型发变组保护装置采用双主双后配置方案,电流回路、出口回路接线明了、简单。主变高压侧、发电机机端、发电机中性点、高厂变各侧配置2组保护用电流互感器,所用的电流互感器总数有所减少。

本装置设有电流互感器饱和判据,以防在主变(厂变、励磁变)区外发生故障等状态下的电流互感器饱和所引起的比率制动式差动保护动作。保护采用虚拟制动量的电流互感器饱和识别专利技术,既能有效防止区外故障保护动作,又能保证区外故障发展成为区内故障时保护的快速动作。

电流互感器异常判据分为2种状况:一种为未引起差动保护启动的电流互感器异常判断,另一种为引起差动保护启动的电流互感器异常判断。

1)未引起差动保护启动

满足以下条件认为电流互感器异常,延时10s发电流互感器异常信号:①零序电流大于0.1倍的额定电流;②最大电流小于0.25倍的额定电流;③任一相电流为0。

2)引起差动保护启动当任一相差流大于0.1倍的额定电流且任一侧零序电流大于0.18倍的额定电流时,启动电流互感器异常判断程序,满足以下条件认为电流互感器异常:①本侧三相电流中至少一相电流不变;②最大相电流小于1.2倍的额定电流;③任一相电流为0。

通过定值“电流互感器异常闭锁差动〞控制电流互感器异常判别后是否为闭锁差动保护。当“电流互感器异常闭锁差动〞整定为“0〞时,判别出电流互感器异常后不闭锁差动保护;当整定为“1〞时,判别出电流互感器异常后闭锁差动保护。2.4发电机匝间保护双重化配置

发电机匝间保护是发电机内部匝间短路的主保护。当发电机三相定子绕组发生相间短路、匝间短路及分支开焊等不对称故障时,在故障点出现负序源。故障分量负序方向元件的ΔU2和ΔI2分别取自机端电流互感器、电压互感器,其中电流互感器极性如图4所示。

·

·

sen.2]ΔP2=Re[ΔU2×ΔI2×e-jφ

·

·

式中:ΔI2为ΔI2的共轭相量;φsen.2为故障分量负序

方向原件的最大灵敏角,一般取60°～80°。

故障分量负序方向保护的动作判据可表示为:ΔP2>εp。实际应用动作判据综合为:ΔU2>εu,

i,Δp,(u,εi,εp为动作门槛)ΔI2>εP2>εε。2.5转子接地保护双重化配置

转子接地保护原理包括外加电源及采样切换原理等[3],由于测量回路本身内阻的影响,不能2套同时投入,运行时只能投入一套运行,但保护配置可以按双重化配置,其中一套正常运行时投入,另一套退出,当运行的一套转子接地保护退出时,可以投入另·

·

一套转子接地保护。

采用乒乓式开关切换原理,通过求解2个不同的接地回路方程,实时计算转子接地电阻值和接地位置。其原理如图5所示。

图5转子一点接地保护切换采样原理

图4故障分量负序方向保护电流互感器极性

其中:S1、S2为由微机控制的电子开关;Rg为接地电阻;A为接地点位置;E为转子电压(考虑它的变化,新的电动势以E′表示);R为降压电阻;R1为测量电阻。计算接地位置并记忆,为判断转子两点接地作准备。为防止保护误动及计算溢出,特设启动判据:E>40V。

当Rg的电阻值小于或等于接地电阻整定值时,经延时发转子一点接地信号或作用于跳闸。在单元管理机上可实时显示转子接地电阻值和接地位置。发电机励磁回路一点接地故障,对发电机并未造成危害,但若再相继发生第2点接地故障,则将严重要挟发电机的安全。

保护原理:一点接地保护原理同上所述,但在这里的一点接地电阻定值只有一段,通过延时发信。在一点接地故障后,保护装置继续测量接地电阻和接地位置,此后若再发生转子另一点接地故障,则已测得的α值变化,当其变化值Δα超过整定值时,保护装置就确认为已发生转子两点接地故障,发电机被马上跳闸。保护判据为:Δα>αset。αset为转子两点接地位置变化整定值。

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2.6非电量保护说明

805A系列保护装置实现了电气量保护与非电量保护的完全分开,由专门的WFB-805装置来完成非电量保护。不需延时跳闸的非电量通过压板直接跳闸,需延时跳闸的非电量通过CPU延时后,由CPU发出跳闸信号。非电量保护动作后,装置自动打印动作信息且可以经通信将信息传至监控系统。保护规律如图6所示。

软件,保护动作报告、开关量变位、自检结果、定值改动、录波数据均有记录,可实时打印及召唤打印。300MW大型发变组保护双主双后配置方案已成功应用于白山发电厂5台发电机组中。该型号设备投入运行以来,所有保护动作确凿,其高性能、高可靠性得到了验证。

4双主双后配置需要注意的问题

1)电流互感器、电压互感器以及直流电源均按双重化配置,应分别取自电压互感器和电流互感器相互独立的绕组,使保护范围交织重叠,避免死区。

2)对经长电缆跳闸的回路,要采取防止长电缆分布电容影响和出口继电器误动的措施。保护室距发变组保护室较远,电缆较长,由于对地分布电容的原因,