發(fā)變組保護雙重化配置的最新發(fā)展

1、發(fā)變組保護雙重化配置的最新發(fā)展 作者：沈全榮1，鄭玉平1，童明光2（1.國電自動化研究院繼保所，江蘇省南京市 210003；2.華能威海電廠，山東威海市 264200）摘 要：從雙重化概念闡明了滿足防止電力生產重大事故的二十五項重點要求繼電保護實施細則雙主雙后的機組保護最佳配置方案。從現場運行方便和實際應用來分析主后一體化保護裝置的優(yōu)點，主后一體化方案徹底解決了困擾主設備保護誤動率高的問題，強調了數字技術（硬件和軟件）的發(fā)展和制造質量是機組保護雙重化配置的前提，文中對機組保護雙重化遇到的問題進行了分析。關鍵詞：發(fā)變組保護反措雙重化0引言由于繼電保護大量采用了數字技術，繼電保護技術得到了巨大的發(fā)

2、展，為電力系統的安全運行提供了保障。最新硬件技術的發(fā)展，尤其是DSP技術的采用3，為徹底改變機組保護正確動作率長期偏低的現狀提供了契機，2002年初國家電力公司頒發(fā)了138號文防止電力生產重大事故的二十五項重點要求繼電保護實施細則（以下簡稱反措實施細則），正是應因數字技術的發(fā)展及電力系統的需要。反措實施細則出臺后，針對主設備保護尤其是機組保護的配置出現了不同的解讀，引起了概念上的混亂。 1雙重化配置的含義及反措相關內容解讀文獻1中指出：“保護的雙重化，指的應當是配置兩套獨立、完整的保護裝置”，“近年來，微機式變壓器保護逐漸得到應用。一般這種保護應具有主保護與后備保護的全部功能。因此，比較合理的

3、配置方式是實現這種保護的雙重化，即采用完全相同的兩套微機式保護，分別由不同直流母線段來的熔斷器供電。這種保護方式，可以獲得很好的運行效果。上述的微機保護雙重化方案，也應當實用于發(fā)電機組的保護?！笨梢姡瑧糜跈C組保護的雙重化配置方案的含義，應該是配置兩套獨立、完整的發(fā)變組保護裝置。反措實施細則2.11條款：繼電保護雙重化配置是防止因保護裝置拒動而導致系統事故的有效措施，同時又可大大減少由于保護裝置異常、檢修等原因造成的一次設備停運現象。反措實施細則在此總則上針對發(fā)電機變壓器組保護在6.3中提出了雙重化配置的要求：100MW及以上容量的發(fā)電機變壓器組微機保護應按雙重化配置（非電氣量除外）保護。（1

4、）每套保護均應含完整的差動及后備保護，能反應被保護設備的各種故障及異常狀態(tài)，并能動作于跳閘或給出信號。（2）發(fā)電機變壓器組非電量保護應設置獨立的電源回路（包括直流空氣小開關及其直流電源監(jiān)視回路）,出口跳閘回路應完全獨立，在保護柜上的安裝位置也應相對獨立。（3）兩套完整的電氣量保護和非電量保護的跳閘回路應同時作用于斷路器的兩個跳閘線圈。結合反措實施細則和雙重化概念，需要認真分析機組保護的雙重化配置方案。雙重化的提出是基于強化主保護、簡化后備保護的原則。對于機組保護來講2，發(fā)電機差動保護只能保護發(fā)電機內部相間故障，其他發(fā)電機內部故障如定子接地、轉子接地、匝間故障，異常運行故障如定子過負荷、轉子表層

5、過負荷、失磁、失步、低頻、逆功率、過電壓過勵磁、誤上電等差動保護不能反應，因此這些保護不能認為是后備保護，傳統方案這些保護只配置一套，而機組大部分故障均為異常運行故障，安全性不能滿足反措要求，因此需強化發(fā)電機異常運行故障保護，需要雙重化配置。對于機組保護來講，真正的后備保護，只有主變零序電流電壓保護，發(fā)變組阻抗保護或發(fā)電機復合電壓過流保護。當發(fā)變組發(fā)生內部故障時，差動保護（定值一般為0.3的額定電流）不能動作，這些保護更不能反應，比如阻抗保護，分析清華大學的發(fā)電機變壓器內部故障仿真計算結果，主變、發(fā)電機大部分內部輕微故障由于電壓不能下降，阻抗保護不能反應，而復壓電壓過流保護同樣存在靈敏度不夠的

6、問題，因此后備保護主要是作為區(qū)外故障的后備，可以適當簡化。后備保護配置方案：主變側配置零序電流電壓保護，發(fā)電機側配置復合電壓過流保護或阻抗保護即滿足要求。機組保護功能很多，回路復雜，采用先進的數字技術，把眾多的繼電器功能集成，完成雙主雙后配置，是一個因繁化簡的工作，是必然的趨勢。 2雙主雙后保護誤動的分析2.1機組保護運行情況及誤動分析1995年國家電力調度中心等機構組織了機組保護南北調研，調研了全國58座電廠100MW以上機組157臺，結果如下：正確動作率60.6%，誤動原因主要為：運行部門責任、制造質量不良以及原理不完善。以下就幾種情況進行分析：運行管理責任主要由接線錯誤、誤操作、定值整定

7、不合理等造成的，而這些錯誤的發(fā)生與保護配置方案有密切的關系。以往機組保護方案，由很多個裝置組成一套機組保護： 裝置之間TA需要串接，TV需要并接，容易導致TA斷線、TV斷線而造成誤動； 裝置數量多，裝置損壞幾率高，檢修幾率高； 回路繁雜而不清晰，繼保人員帶電檢修時易出現誤碰現象而導致誤動； 裝置數量多，整定操作、管理復雜。要改變當前的面貌，必須采用主后一體化雙主雙后的配置方案，大大簡化回路，減少裝置數量，降低運行管理的難度，提高運行的安全可靠性。制造質量差的改變需要認真分析，由于數字式保護采用了大量的電子元器件，因此存在故障的幾率，需從三個方面來解決： 最重要的為嚴格的現代化生產管理體系和防靜

8、電生產環(huán)境，大量減少裝置元器件的故障幾率； 采用高性能的芯片，簡化硬件設計方案，減少誤動的幾率； 在以上基礎上采用合理的硬件設計方案，比如獨立的啟動元件，即雙CPU與門出口邏輯，可以杜絕因裝置故障造成的誤動。原理不完善可以通過分析原因、完善保護判據來解決，一般不宜采用簡單地提高定值（尤其是差動保護）來解決問題。采用數字式主后一體化保護后，一個發(fā)變組單元的數據全部引入裝置，可以更方便地采用新的判據，完善保護原理，防止區(qū)外故障及其他情況下保護誤動的發(fā)生。 2.2雙重化配置與誤動幾率的分析機組保護雙重化配置后，一些觀點認為本來機組保護誤動幾率高，反措實施細則卻要求配置雙重化，這是矛盾的，同時認為保護

9、數量增加了一倍，誤動幾率增加了一倍，其實，這正是解決問題的關鍵所在：（1）原理不完善即使只配置單套，也會誤動，比如差動保護沒有采取抗TA飽和措施，區(qū)外故障在TA飽和后必然誤動，因此原理問題的誤動與雙重化配置無關，原理不完善導致的誤動可能性在雙重化配置后并沒有增加；（2）對于保護裝置元器件損壞引起的故障，保護裝置數量多少是關鍵，由于故障幾率是每個元器件故障幾率總成，裝置數量多則所用元器件也多，故障及誤動幾率就高。對于主后一體化方案，由于采用了高性能大規(guī)模集成電路的芯片，一套發(fā)變組保護采用的裝置數量最少，因此因器件質量引起的誤動幾率最小。所以雙主雙后的前提是采用主后一體化方案。（3）由于機組保護采

10、用了雙重化配置，單套保護采用采用雙CPU結構，兩個CPU系統相互閉鎖出口，因硬件故障導致的誤動幾率大為減少。由此可以看出主后備保護一體化設計思想最好地符合反措實施細則有關條例，既可以防止拒動又可以減少誤動的幾率。真正體現了反措的精神。 3機組保護拒動的分析3.1同樣是1995機組保護的南北調研，并沒有內部短路故障差動保護拒動的情況，可見對于機組保護來講，雙重化配置方案，配置了雙套差動保護，內部故障拒動的情況已經解決。拒動可分為原理不完善或靈敏度差、裝置損壞等情況。原理不完善可以通過尋找合理的判據、可靠的新原理來解決，也可通過不同原理的保護來減少拒動的情況。對于機組內部故障，清華大學對三峽機組的

11、一萬多次計算結果分析，總有幾次故障保護不能反映，存在死區(qū)。因此需在保證可靠性的前提下適當降低定值或采用新原理來提高靈敏度。裝置的損壞則需通過提高制造質量和雙重化配置來解決，提高質量減少了裝置的損壞，雙重化配置則消除了因裝置損壞可能導致的拒動。3.2雙重化配置與拒動的分析 由于傳統的的機組保護只配置了一套發(fā)電機異常運行保護，而機組發(fā)生異常運行的情況比內部短路故障的幾率大得多，因此雙重化配置降低了拒動的幾率；對于雙重化配置的方案，電源、電流電壓回路、保護裝置均是獨立的，正常運行時同時投入運行的，除了轉子接地故障外，每一種故障雙套保護均能同時反應，不存在拒動可能；對于雙重化配置，一套保護短時退出運行

12、，另一套保護仍可反映全部故障，不會拒動；而一套保護短時退出運行時，另一套保護同時發(fā)生故障的可能性幾乎沒有，這主要是由于采用了先進的硬件技術和現代化生產管理體系，制造質量大大提高，一套保護裝置故障退出運行的幾率非常小，完全可以不考慮兩套保護裝置同時損壞。 4雙主雙后不同方案的比較針對反措實施細則，出現了不同的機組保護雙重化配置方案，如圖為主后一體化雙主雙后保護配置方案，A屏、B屏為兩套發(fā)變組電量保護，C屏為非電量保護。 圖機組保護雙主雙后配置方案從圖中可以看出主后一體化保護配置方案： 方案簡潔，雙套保護防拒動，單套保護防誤動，概念清晰； 每一套機組保護、只需接入一次，回路簡單，、斷線幾率低，即使

13、偶而發(fā)生、斷線，查找非常簡單。 機組保護所有數據共享，可以實現新判據，故障錄波功能強大。如圖為另一種配置方案，從圖中可見每一套機組保護包括兩個保護裝置，每個裝置包括部分保護功能，A屏、B屏為兩套發(fā)變組電量保護，C屏為非電量保護 圖機組保護雙主雙后配置方案從圖中可以看出： 方案復雜，屏柜配置擁擠，沒有實則性提高； 每一套機組保護串聯接入兩個裝置、需并聯接入兩個裝置，回路復雜，、故障幾率大為增加，查找也麻煩； 由于每一個裝置輸入量有限，不能做到機組保護所有數據共享，故障錄波數據不全。一些觀點認為，一套機組保護因各種原因暫時退出運行時，余下的一套保護采用多個裝置能提高可靠性，這其實是不對的：一套機組

14、保護因各種原因退出運行，比如TA、TV異常檢查時，剩余一套機組保護，只有一組直流電源供電，只采用一組、的數據，配置一套出口，采用多個裝置不但沒有提高可靠性，反而由于裝置數量多、回路復雜，故障幾率高，降低了可靠性?，F有的制造技術已使保護裝置的質量大大提高，在一套機組保護暫時退出運行時，完全可以承擔一段時間的運行。 5國外保護配置方案的發(fā)展趨勢從國外機組保護發(fā)展的趨勢來看，具有保護功能雙重化的趨勢，在應用DSP技術的基礎上，單個裝置的功能集成也來越高，“Dual two out of two”概念即為代表（如圖），每個保護對象配置兩套保護系統，每套保護系統單獨可以出口，每套保護系統配置兩個子系統，

15、兩個子系統與門出口，這種配置方案徹底解決了機組保護拒動和誤動的矛盾。 圖3“Dual two out of two”方案簡圖 6機組保護雙重化配置需解決的幾個問題6.1發(fā)變組差動的配置傳統機組保護差動保護方案包括：發(fā)電機差動、主變差動以及發(fā)變組差動，實現內部故障雙重化配置，新的方案一般配置雙套發(fā)電機差動、主變差動，發(fā)變組差動是否需要配置成為焦點。對于發(fā)變組單元，發(fā)電機差動反應發(fā)電機內部相間故障、主變差動反應主變內部故障，對于一點在發(fā)電機內部、一點在主變內部的故障，如發(fā)電機差動采用循環(huán)閉鎖式以及主變差動兩相動作才允許出口的保護原理，可能會拒動，此時發(fā)變組差動可以正確動作。廠變高壓側TA如只有小變

16、比TA，廠變高壓側內部嚴重故障可能會導致發(fā)變組差動誤動，因此，發(fā)變組差動建議差到廠變低壓側。對于300MW及以上的機組，建議保留發(fā)變組差動，可以反應一些特殊故障，考慮到發(fā)變組差動范圍大，各側TA特性差別大，可以適當提高定值，增加安全性。6.2高廠變差動的雙重化配置發(fā)變組保護雙重化配置后，一些設計方案把高廠變獨立出來，配置單套差動保護和后備保護，對于發(fā)變組單元，高廠變高壓側一般不設斷路器，高廠變是發(fā)變組的一部分，如高廠變保護只配置一套差動保護，在差動保護回路和裝置出現問題時，影響發(fā)變組的安全運行。在發(fā)電機、主變保護雙重化配置的情況下，高廠變差動沒有雙重化配置不符合反措的要求。6.3高廠變高壓側T

17、A配置對于雙重化配置方案，一套保護中不同保護功能可以共用一組TA，但高廠變高壓側TA的配置仍成為焦點。實際工程中有以下幾種方案：方案1：配置四組TA，小變比TA用于廠變差動，大變比TA用于主變差動、發(fā)變組差動。方案2：配置兩組小變比TA，差動共用一組TA，廠變高壓側內部嚴重故障時，TA飽和，可能導致發(fā)變組差動、主變差動誤動，對于發(fā)變組單元，廠變內部故障時，廠變差動保護動作于全停，此時發(fā)變組差動、主變差動也動作于全停，結果一樣。方案3：配置兩組大變比TA，差動共用一組TA，廠變差動兩側調整范圍較大，差動保護需要考慮兩側TA的差別。以上三種方案均可以滿足雙重化配置的要求，其中方案2、方案3的回路比

18、較簡單。6.4匝間保護如何雙重化配置對于大型火電機組，一般發(fā)電機中性點不能引出用于橫差保護的零序TA，匝間保護通過專用TV的開口三角零序電壓來實現，由于專用TV只有一組，發(fā)電機匝間保護雙重化配置在回路上不能獨立，解決方法是一套發(fā)電機匝間保護采用專用TV，另一套發(fā)電機匝間保護采用故障分量負序功率方向匝間保護，不需要專用TV，這樣，兩套發(fā)電機匝間保護在回路上完全獨立。在機組并網前發(fā)生匝間故障，故障分量負序方向匝間保護不能動作，但考慮到機組匝間故障幾率很低，且另一套采用專用TV的匝間保護能夠反應，因此，此方案可以滿足要求。6.5定子接地保護雙重化的問題定子接地保護由基波零序電壓和三次諧波電壓原理組成，均采用了機端開口三角零序電壓、中性點零序電壓，機端開口三角零序電壓、中性點零序電壓一般只設一組，新建工程可以配置兩個機端開口三角零序電壓，但中性點零序電壓仍只有一組TV。因此，實際工程中，定子接地保護中性點側零序電壓只能共用一組，針對這組TV，機組保護一般需要具備TV斷線檢測的功能，防止這組TV斷線后，機組在無定子接地保護情況下運行。外加電源注入式定子接地保護一般只配置一套保護。6.6轉子接地保護雙重化配置方法轉子接地保護原理包括外加電源及采樣切換原理等，由于測量回路本身內阻的影響，不能兩套同時投入，運行時只能投入一套運行，但保護配置可以按雙重化配置，其中一套正常運行