联合循环电站继电保护动作分析及优化对策

联合循环电站继电保护动作分析及优化对策

郁章斌 吴莉莉

山东电力建设第三工程有限公司，山东青岛， 266100

【摘要】

联合循环电站继电保护装置是保护一次设备的重要组成部分，保证发电机、电力变压器等一次设备的安全稳定运行，满足继电保护的基本要求。针对项目调试过程中出现的典型问题进行研究分析，针对性的提出优化对策，优化后的继电保护动作逻辑，解决了电站中出现的继电保护动作偏差，提高项目继电保护设备的选择性，速动性，灵敏性，可靠性，具有十分重要的推广和借鉴意义。

【关键字】

继电保护 ；动作分析 ；逻辑优化

【背景/引言】

对于电气二次继电保护设备来说，是电气工程中不可缺少的一部分，同时对电站商运也有着直接的影响，科学合理的电气继电保护配置不但可以提高电气二次保护的可靠性，还能有效保证电气系统的稳定性及电气设备的可靠性。中东某燃气联合循环电站发变组系统在调试过程中发现部分保护配置未考虑机组运行特点和试验要求，存在极大的跳机风险，继电保护的配置中存在影响系统稳定和可靠的风险，进而会影响机组安全可靠的运行。

1.联合循环电站电气系统概述

中东某燃气联合循环电站，装机容量1714.5MW,设置2个BLOCK，每个BLOCK采用2拖1组合，燃机采用GT26机型，双燃料配置，其中主燃料为天然气，备用燃料为轻油，燃机启动配置启动变及SSD（STATIC STARTING DEVICE）；发电机组均通过各自主变压器升压后接至400kV变电站，每台燃机配置一台高厂变，分别给一段11kV厂用中压段供电，全厂配置一套黑启动机组，每台机组配置2套发变组保护装置，2套线路保护装置。

2.电站继电保护配置存在的问题分析及优化

2.1 低电压保护配置

2.1.1低电压保护动作分析

电厂厂用分支低电压保护配置在发变组保护系统中，该保护主要通过检测电厂厂用变压器低压侧分支进线电压，判断400kV主电源是否故障，低电压保护动作I 时限经2.5s 延时动作于解列，跳开主变压侧400kV断路器，将电厂与400kV主电网解列；II 时限经4s延时动作于全停，跳开发电机出口断路器GCB、灭磁开关、关闭主汽门，停机。同时，电厂厂用电源切换至辅助电源供电，实现电厂主、辅电源切换，机组在安全状态。

400kV主电源丧失后，厂用电源在1.692s内已小于0.1Ue,小于低电压保护动作I时限2.5S，低电压保护闭锁，存在低电压保护拒动的情况。因此，通过模拟400kV主电源丧失进行切换试验，低电压保护拒动，不能进行400kV主电源和辅助电源间的顺序切换。

2.1.2 低电压保护动作配置优化

经现场分析研究，在400kV 高压侧系统失电或故障时厂变两组分支PT 会同时低电压，且电压很快降低到0，而PT 二次回路故障时只有1 组分支电压降低到0（不考虑两组PT二次回路同时故障的叠加故障情况）。所以，当两组分支PT 同时低电压时，则认为是系统侧失电，自动退出“进线PT 有压门槛”，保护正确动作；否则，认为是PT二次回路故障（如空开偷跳或误操作），投入“进线PT 有压门槛”，可靠防止PT 二次回路故障导致低电压保护误出口至机组全停。同时，考虑在机组并网运行时，机组向厂用电供电运行时，励磁投入时不会产生厂用电压低于0.1Ue的情况，所以在机组并网状态下开放低电压保护有压门槛。

电厂低电压保护动作受分支进线PT>有压门槛或两组分支同时低于有压门槛条件闭锁，当两组分支PT 同时低电压时，则认为是系统侧失电，自动退出“进线PT 有压门槛”，保护正确动作；否则，认为是PT二次回路故障（如空开偷跳或误操作），投入“进线PT 有压门槛”，可靠防止PT 二次回路故障导致低电压保护误出口至机组全停。成功识别出PT 三相熔丝熔断或进线空开异常跳开导致的“虚假低电压”，又区分出400kV系统突然失电的故障工况，解决了低电压保护被误闭锁的问题。低电压保护动作优化后的逻辑配置成功验证，结果合格。

2.2 发电机频率保护

2.2.1 频率保护动作分析

发电机并网运行时，发电机频率过低，汽轮机将产生机械振动，汽轮机叶片损伤严重，且会影响厂用电系统频率，造成电站重要辅机设备转速、出力降低，影响机组安全运行。保护汽轮机不受低频共振的影响，汽轮机各节叶片都有一共振频率，当系统频率接近或等于共振频率时，将引起叶片的共振而损坏汽轮机。

发电机频率过低时，为保障厂用电可靠供电，首先切除机组与系统联系（发电机转孤岛运行模式），跳开400kV开关，确保厂用电可靠；若系统频率仍然不满足要求，需要机组停机，启动厂用电切换。当低频累加保护需要动作于发电机解列时，其低频段的动作频率和延时应注意与电力系统的低频减载装置进行协调。一般情况下，应通过低频减载装置减负荷，使系统频率及时恢复，以保证机组的安全，仅在低频减载动作后频率仍没有恢复，从而危及机组安全时才进行机组的解列。因此要求在系统减载过程中不应解列发电机，防止出现频率联锁恶化的情况。因此，发电机低频延时保护至少要求配置2段，方可满足机组需求。

2.2.2 频率保护配置优化

通过现场分析，发电机低频保护配置2段延时低频保护，均可分别整定，实现保护选择性。发电机过频保护增加发电机出口断路器位置闭锁，在机组触发故障跳机时，不会触发过频保护动作。

2.3 电力变压器过激磁保护

2.3.1 过激磁保护分析

变压器过激磁保护：也叫变压器过励磁保护。当发电机或变压器发生过励磁故障时，铁芯的工作磁密升高导致其出现饱和使得铁损增加。铁芯饱和还会使漏磁场增强，漏磁通在穿过铁芯表面和相应结构件中引起的涡流损耗也相应增加。由这些附加损耗引起的温升有可能导致设备绝缘的损坏。 由于现代大型发电机、变压器的额定工作磁密接近其饱和磁密，使得过励磁故障的后果更加严重。并且，对于发电机-变压器组，其电压和频率都会大幅度偏离额定值，有可能出现因电机转速偏低而电压接近额定值时由低频产生的过励磁故障。因此，发电机或变压器必须要配置专门的过励磁保护。过励磁保护应按变压器厂家提供的变压器满载情况下的过励磁曲线整定，其整定原则为尽量使所调整的励磁保护继电器的励磁曲线在变压器过励磁曲线的下方，即变压器运行在过励磁条件下时，励磁保护继电器应能以比它所能承受的更短时间可靠跳开主变两侧断路器。同时，应该保证在正常运行条件下，变压器应有一定的耐受励磁强度的水平，所以励磁保护继电器的启动值一般整定到略大于正常的最高运行值。

现场主变空载运行时，最大负荷电流为64A，远小于主变有流值130A，若主变过激磁保护配置有流元件闭锁判据，设备发生过激磁故障时，会发生保护拒动的事件。

2.3.2过激磁保护优化

主变过激磁有流判据取消，防止保护拒动；主变过激磁保护选取反时限保护，过激磁保护动作时间与过激磁倍数成反比，过激磁倍数越大，动作时间越短。外部故障触发电压、频率变化时，不会触发保护误动作。

3 结语

针对继电保护设备，上述典型问题均是在机组实际运行中发生的，测试人员吸取经验教训，多方面着手分析，优化保护配置。继电保护设备敏感性高，任何设备误动、不动均可能导致十分严重的后果，因此加强对继电保护设备配置优化至关重要，上述所介绍的对策，简单、实用、有效、经济，其他机组或电站可以参考和借鉴。

4 参考文献

［1］GE TRIPPING LOGIC DIAGRAM COVER SHEET

【作者简介】

姓名：郁章斌 工作单位：山东电力建设第三工程有限公司

职务：调试专业主管

姓名：吴莉莉 工作单位：山东电力建设第三工程有限公司

职务：电气专业工程师