漫湾电厂2-6号机组发变组保护改造

漫湾电厂2-6号机组发变组保护改造

张志高

（华能澜沧江水电股份有限公司漫湾水电厂云南临沧675805）

摘要：本文针对漫湾电厂2-6号机组发变组保护运行现状、调管电网的最新技术规范以及继电保护技术发展情况，提出相应的配置改造方案。在改造实施过程中，针对新的发变组保护装置对回路的接线要求、继电保护反措在施工中的落实、改造重难点的分析和解决，为行业内实施类似的工程改造积累了宝贵的可借鉴的经验。

关键词：2-6号机组；发变组保护；改造；设计

1前言

漫湾电厂位于云南省临沧市云县与普洱市景东县交界的澜沧江中游，全厂共有七台机组，总装机容量1670MW（1×300MW+5×250MW+1×120MW），是云南省第一个百万千瓦级水电站，在系统中承担基荷和重要的调峰调频作用。500kV系统为3/2接线，共两回出线，送电至昆明草铺变电站；220kV系统为双母线接线，共三回出线，漫下Ⅰ回线送电至大理下关变电站，漫丁Ⅰ回线送电至大理弥渡丁家庄变电站，漫新Ⅰ回线送电至云县新云变电站。

2漫湾电厂2-6号机组发变组保护现状

漫湾电厂一期工程为2-6号机组，单机容量为250MW，机组均为发变组单元主接线方式，机组出口设置发电机断路器。发变组保护装置为南京南瑞继保电气有限公司生产的RCS-985AW发变组保护装置，保护屏按两块屏配置，A、B屏分别配置一套完全相同的RCS-985AW发电机变压器电气量保护装置，实现双冗余保护配置，同时，在B屏还配置一套RCS-974AG变压器非电量保护装置。高厂变及励磁变保护单独组屏，分别配置两套由南京南瑞继保电气有限公司生产的RCS-9621A型厂用变压器保护装置。

漫湾电厂2-6号机组发变组保护装置（RCS-985AW）及变压器非电量保护装置（RCS-974AG）2005年投运，运行已达十一年，装置老化，跳闸回路设计、接线不规范，部分继电保护反措由于提出较晚，无法整改。为避免由于设备的老化而导致保护装置拒动或误动，对电网的安全稳定和电厂发电运行带来极大威胁，漫湾电厂制定相应改造方案，对2-6号机组发变组保护装置进行更新改造，优化保护配置，完善相应的跳闸出口回路，落实有关反措，确保机组安全稳定运行。

3漫湾电厂2-6号机组发变组保护改造必要性

2-6号机发变组、高厂变及励磁变保护装置于2005年投运，发电机、变压器共用保护装置，高厂变、励磁变独立配置保护装置，投运时间已满11年，出现了不同程度的老化，曾出现过装置电源插件老化导致装置死机、控制面板损坏等情况，最终保护装置被迫退出运行。随着继电保护技术的发展，近年行业和南方电网相继出台了新的继电保护装置技术规范和标准，要求发电机、变压器的保护装置独立设置，现有2-6号机发变组保护装置部分功能不满足行业、南方电网要求，且运行时间已到更换年限，改造势在必行。

4漫湾电厂2-6号机组发变组保护配置方式

4.1配置方案及组屏方式

依据南方电网发布的Q/CSG110033-2012《南方电网大型发电机及发变组保护技术规范》要求，结合电厂目前的配置情况，按照双重化配置的原则，保护屏组屏方式由两块屏配置更改为三块屏，采用公开招标方式，确定了A、B屏分别配置一套完全相同的南瑞继保生产的PCS-985GW发电机保护装置和PCS-985TW变压器保护装置，C屏配置一套PCS-974FG变压器非电量保护装置。根据一次设备连接方式，将高厂变保护设置在变压器保护装置中，励磁变保护设置在发电机保护装置中，不再单独设立屏柜，减少了屏间联络线和系统配置的统一性。

4.2PT、CT配置方式

发电机保护和变压器保护PT、CT分别配置，发电机差动保护采用中性点CT和主变低压侧CT，变压器差动保护采用主变高压侧CT和机端出口CT，完全满足交叉配置的原则，取消了原来的发变组差动，而且所有CT的极性全部按照南瑞继保设计原理要求的极性进行配置。（图5-1：南瑞继保标准配置图，图5-2：漫湾电厂2-6号机组发变组保护PT、CT配置图（以5号机组为例））

5改造后解决的问题

5.1PCS-985系列发变组保护装置的特点

5.1.1采用32位微处理器＋双DSP的硬件结构，多个处理器并行工作，32位微处理器负责人机接口、后台通信、打印等功能，两个DSP负责保护运算与出口逻辑。

5.1.2比率差动的动作特性采用变斜率比率制动曲线。合理整定起始斜率和最大斜率的定值，在区内故障时保证最大的灵敏度，在区外故障时可以躲过暂态不平衡电流。

5.1.3工频变化量比率差动保护性能工频变化量比率差动保护完全反映差动电流及制动电流的变化量，不受正常运行时负荷电流的影响，可以灵敏地检测变压器、发电机内部轻微故障。

5.1.4高灵敏横差保护性能采用了频率跟踪、数字滤波、全周傅氏算法，三次谐波滤过比大于100。

5.1.5失磁保护采用开放式保护方案，定子阻抗判据、无功判据、转子电压判据、母线电压判据、定子减出力有功判据，可以灵活组合，满足不同机组运行的需要。水轮发电机组作为凸极机，其Xd≠Xq，在低励失磁故障时，其静稳极限的机端测量阻抗轨迹为滴状曲线。

5.1.6PT断线判据性能对于发电机相间后备，与电压有关的保护由控制字―PT断线投退原则‖选择，PT断线时是否闭锁相应的保护。另外具有基于比率制动特性的PT回路中线断线判别功能。

5.1.7采用可靠的CT断线闭锁功能，保证装置在CT断线及交流采样回路故障时不误动。

5.1.8强大的通讯功能具有灵活的通讯方式，配有2个独立的以太网接口和2个独立的RS-485通信接口。支持电力行业通讯标准DL/T667-1999（IEC60870-5-103）、MODBUS规约和新一代变电站通讯标准IEC61850。

5.2PT、CT配置及CT极性的优化

由于电站投产较早，一次设备配置的PT、CT绕组不够，电压、电流采样回路没有完全独立配置。为满足双重化配置的要求，2014年-2015年，电厂对电压互感器、电流互感器进行了改造或更换，增加了更多的二次绕组，新的发电机、变压器保护A/B屏电压、电流信号全部采用不同的绕组，完全满足独立配置的要求。

改造前，2-6号机组CT的极性各不一致，当时基建安装不规范，导致二次接线各不统一，有在端子箱调整极性的，有修改保护装置内部极性控制字的，导致接线、定值管理混乱。

2-6号机组在改造过程中，对所有差动保护和方向保护使用的电流互感器、电压互感器进行了极性排查，发现A套的接线方式是：机端和中性点CT在端子箱处采用反极性接线，主变高压侧正极性接线，B套的接线方式是：机端、主变高压侧均采用正极性接线，中性点在端子箱处采用反极性接线，但是机端电流的极性控制字在装置程序中又进行了取反，虽然这种处理方式能够保证差动保护不会误动，但是定值及接线方式不统一，对于定值、图纸的管理及回路故障查找分析都会造成很大的麻烦，甚至使阻抗后备保护定值计算复杂化。新的发变组保护完全按照厂家标准极性配置，重新调整了CT的极性，即保证了保护不会误动，又达到了规范统一的目的，便于今后的定值、图纸台账管理和维护。

5.3保护跳闸出口回路优化

根据《南方电网电力系统继电保护反事故措施》（2014版）中第3.3及6.8条要求，发电机、变压器组非电量保护应设置独立的电源回路（包括直流空气小开关及其直流电源监视回路），出口跳闸回路应完全独立，在保护柜上的安装位置也应相对独立；每套完整的电气量保护应分别动作于断路器的一组跳闸线圈，非电量保护的跳闸回路应同时作用于断路器的两个跳闸线圈。

原发变组保护A、B套出口均作用于两个跳闸线圈，不满足反措要求。改造后优化发电机、变压器保护装置跳闸回路，将原有的发电机变压器保护跳闸出口独立，A屏跳相应开关的第一组跳闸线圈，B屏跳相应开关的第二组跳闸线圈。

5.4保护硬件及功能配置优化

将原有的RCS-985AW发变组保护装置更换为新一代PCS-985GW发电机保护装置和PCS-985TW变压器保护装置，将发电机、变压器保护独立分开，同时将RCS-974AG变压器非电量保护装置更换为性能更加完善的PCS-974AG变压器非电量保护装置。另外根据南网设计规范，对于200MW及以上大型机组，当发电机与变压器之间装设断路器时，出口断路器宜增设失灵保护，高压侧开口失灵启动非电量保护。新的发变组保护增加了出口断路器的失灵保护，以便当出口断路器失灵时，更加快速有效的切除发电机内部故障，降低一次设备的损害。

发电机失磁保护虽然都采用的静稳边界圆判据，但是老的保护装置采用的动作区是一个标准的圆，而新的保护装置采用的滴状圆，保护定值的计算公式不一样，而且采用滴状圆更加接近实际运行情况，提高了保护功能的可靠性。

变压器保护增加了倒送电保护，防止机组在停机状态下，主变带厂用电运行时，发生短路故障，能够快速的切除故障。可通过“电流通道选择”控制字选择取主变高压侧、中压侧或低压侧电流。倒送电过流保护设两段定值，各一段延时。当正常运行时，机端断路器处于合位，倒送电保护退出；当倒送电运行时，机端断路器均处于分位，倒送电保护投入。

将励磁变保护融入到发电机保护中，高厂变保护融入到变压器保护中，拆除了原来的励磁变、高厂变保护屏及相关的二次回路，简化了保护设备的配置，更加便于设备的管理。

老的保护装置的非电量保护采用三相并联开入的方式，不便于报警故障的快速查找和运行监盘。新的保护装置采用分相开入，相与相之间互不相干，提高了故障判断的快速性和准确性。

结论：对现有2-6号机发变组、高厂变及励磁变保护装置进行更新改造，将有效提高2-6号机发电机、变压器、高厂变及励磁变保护的可靠性，大大降低保护不正确动作的可能性。

通过对漫湾电厂2-6号机组发变组保护进行改造，不但提高保护装置的运行可靠性，同时也改善柜内布线、接线标识的规范性。通过改造，规范了各台机组PT、CT极性和接线，规范了出口回路，满足了南网最新反措。新的保护装置保护原理更加完善。减少了独立设置的高厂变励磁变保护，降低了维护定检工作量。新的保护装置通过简单的插件更换即可满足今后数字化电站的改造需求。

参考文献：

[1]PCS-985GW大型水轮发电机保护装置说明书，南京南瑞继保电气有限公司.

[2]PCS-985TW电厂变压器保护装置说明书，南京南瑞继保电气有限公司.

[3]PCS-974FG非电量及辅助保护装置说明书，南京南瑞继保电气有限公司.

[4]GB_T50062-2008《电力装置的自电保护和自动装置设计规范》.

[5]DL317-2010《继电保护设备标准化设计规范》等规范.

[6]Q/CSG110033-2012《南方电网大型发电机及发变组保护技术规范》.

[7]调继〔2015〕5号《中国南方电网公司继电保护反事故措施汇编》.

[8]Q/CSG110039《南方电网继电保护配置技术规范》.

作者简介：

张志高，男，河南长葛人，2006年7月毕业于武汉大学，工程师职称，长期从事继电保护设备运行、维护、检修及技术管理工作，具有丰富的现场设备检修、维护、改造和设备管理经验。