合理配置微机发变组保护提高电网安全运行水平

李营，阴宏民
东北电力调度通信中心，辽宁省沈阳市110006 1　引言
　　随着设计和制造水平的不断提高，有良好经济性的大容量发电机组不断投入运行。单机容量的增大，使机组热容量随之下降，机组定子、转子过负荷能力降低。这对发电机继电保护的可靠性、选择性、灵敏性、快速性提出了更高的要求。为在保证机组安全运行的条件下，充分发挥机组的过负荷能力，还必须配置完善的反时限特性过负荷保护。随着单机容量的增大，电机参数也随之变化，电抗X_d、X^′_d、X^″_d等普遍增大，而定子绕组的电阻水平却相对减小，这导致：①发电机短路水平相对降低，要求保护有更高的灵敏性；②发电机静稳储备系数减小，在系统受到扰动或发电机发生低励故障时，很容易失去静态稳定；③发电机平均异步转矩大大降低。因此，大机组失磁、异步运行时的滑差大，从系统吸收感性无功多，允许异步运行的负载小、时间短，所以，大型发电机组更需要性能完善的失磁保护。
　　从电力系统与发电机发展的角度来看，配置完善的发变组异常保护尤为重要。近几年东北电网几次机组及系统运行事故表明，发变组异常保护能否起到很好的保护作用，对电网、设备的安全均有十分重要的意义。近年来，微机发变组保护逐步投入使
用，并取得了良好的效果，集成度高的微机发变组保护为双重化配置创造了条件。同时也出现了进一步强化主保护，简化后备保护的要求。如何根据微机保护的特点，结合实际运行情况，合理配置发变组主保护、后备保护，是一个值得探讨的课题。
2　发变组保护配置的原则
　　现行国家标准《继电保护和安全自动装置技术规程》^［¹^］对发电机主保护、定子过负荷、转子过负荷、失磁等保护提出了明确要求：
　　100MW以上发电机，除发电机变压器组共用纵联差动保护外，发电机还应装设单独的纵联差动保护。对200～300MW的发电机变压器组亦可在变压器上增设纵联差动保护，即采用双重快速保护。对300MW及以上汽轮发电机变压器组，应装设双重快速保护。即装设发电机纵联差动保护、变压器纵联差动保护和发电机变压器组共用纵联差动保护。对100MW及以上的发电机，应装设保护区为100％的定子接地保护。对发电机外部相间短路故障和作为发电机主保护的后备，应配置相应的保护。50MW及以上的发电机，可装设负序过电流保护和单元件低压起动过电流保护。发电机转子承受负序电流的能力，其判据为I²_．t≤A。对不对称负荷、非全相运行以及外部不对称短路引起的负序电流，应按规定装设发电机转子表层过负荷保护。100MW及以上A＜10的发电机，应装设由定时限和反时限两部分组成的转子表面过负荷保护。
　　对励磁电流异常下降或完全消失的失磁故障，应按下列规定装设失磁保护装置：100 MW以下，不允许失磁运行的发电机，当采用半导体励磁系统时，宜装设专用的失磁保护。100 MW以下，但失磁对电力系统有重大影响的发电机和100 MW及以上发电机，应装设专用的失磁保护。对600 MW的发电机可装设双重化的失磁保护。同时也应注意到，《继电保护和安全自动装置技术规程》颁布时，微机型发变组保护尚未进入实用化阶段。因此，结合电网运行情况和微机保护特点，对发电机变压器组保护配置进行探讨，对提高电网安全运行水平和促进微机型发变组保护的健康发展是有益的。
3　电网事故分析
　　从近年来东北电网的运行实践看，发电机后备保护的地位非常重要，甚至是不可替代的。
3．1　220 kV通巨线A相故障继电保护装置异常动作
　　1994年9月24日，220 kV通巨线A相故障。系统如图1所示。

　　通辽变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（巨丰变侧）高频保护三相跳闸。通巨线通辽变侧保护拒动后，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30 s后自动消失。此时通辽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，给机组的安全直接带来威胁。如故障不能自动消失，其后果难以预料。
3．2　清河发电厂200 MW汽轮发电机组失磁运行

　　1997年10月，清河发电厂7号机组运行中失磁，瞬时吸收系统无功达200 Mvar。致使220 kV系统中枢母线——清河电厂东母线电压急剧下降，引起220 kV系统摇摆。失磁保护因故没有投入跳闸。所幸当时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。
3．3　铁岭电厂300 MW汽轮发电机组失磁运行

　　1999年11月6日，铁岭发电厂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。机组从系统大量吸收无功功率，使东北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。系统振荡过程中，发电机机端电压、电流，主变高压侧电压、电流，发电机转子电压、电流录波图如图2所示。

　　近年来，对大机组安全运行带来影响的其它类型事故也时有发生。东北电网曾多次出现单相重合闸拒合和机组解列时单相断路器拒分等造成非全相的情况。如1996年2月13日220 kV岩庄线单相重合闸因误接线而拒合，1999年11月24日500 kV董辽2号线因保护原理问题而使单相重合闸拒合，1998年10月16日鹤岗1号机（200 MW）解列时C相断路器拒分等等。从上述几个实际运行中发生的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。

4　微机保护特点及微机发变组保护配置
　　随着线路微机保护的广泛应用，近几年来，微机发变组保护也逐渐投入运行。微机发变组保护有着可靠性高、整机性能指标好、抗干扰能力强、升级换代容易、自检功能完善、维护简单、保护配置灵活、调试方便、集成度高和盘内接线简化等诸多优点。但保护在配置灵活、接线简化、集成度高的同时，必然是多种保护集于一个机箱。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，由不同的软件实现不谋；すδ堋Ｃ扛霰；す裼杉父鯟PU系统组成。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。吉林省220kV电网在早期配置微机线路保护时，按规程只配1套11型微机保护，曾因保护装置异常而造成线路停运，微机发变组保护在应用中也应警惕出现类似问题。从微机保护的实现手段及经济性等方面看，实现主保护与后备保护均双重配置并不困难，是一个值得提倡的方案。

5　结论
　　（1）多年来的实际运行情况表明，发电机变压器组的后备保护（尤其是大机组）在保证设备安全和系统稳定等方面所起的作用是十分重要的。其中一些保护的作用是纵差保护所不能替代的，在强化主保护，简化后备保护时尤其应给予足够的重视。
　　（2）微机保护的特点也使微机发变组保护在保护配置方面实现双主保护双后备保护配置简单易行。
　　（3）从保证设备及系统安全运行角度考虑，微机发变组保护在保护配置上应实现主保护与后备保护的双重化配置。