南瑞RCS—985與許繼WFB—800發(fā)變組保護(hù)的異同

陳利

0.前言

南瑞RCS-985發(fā)變組保護(hù)與許繼WFB-800發(fā)變組保護(hù)是目前在國內(nèi)火電廠中使用較多的發(fā)變組保護(hù)設(shè)備，也是在國內(nèi)300MW及以下機(jī)組中性能比較穩(wěn)定，保護(hù)動(dòng)作可靠，靈敏性較高，用戶使用比較滿意的發(fā)變組保護(hù)產(chǎn)品。因此對(duì)這兩套設(shè)備的比較，從而發(fā)現(xiàn)他們之間的異同。

1.RCS-985 與WFB-800的概述

1.1 RCS-985基本介紹

RCS-985采用了高性能數(shù)字信號(hào)處理器DSP芯片為基礎(chǔ)的硬件系統(tǒng)，并配以32位CPU用作輔助功能處理。是真正的數(shù)字式發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)裝置。

RCS-985為數(shù)字式發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)裝置，適用于大型汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)、燃汽輪發(fā)電機(jī)、抽水蓄能機(jī)組等類型的發(fā)電機(jī)變壓器組單元接線及其他機(jī)組接線方式，并能滿足發(fā)電廠電氣監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)的要求。

RCS-985提供一個(gè)發(fā)電機(jī)變壓器單元所需要的全部電量保護(hù)，保護(hù)范圍：主變壓器、發(fā)電機(jī)、高廠變、勵(lì)磁變（勵(lì)磁機(jī)）。根據(jù)實(shí)際工程需要，配置相應(yīng)的保護(hù)功能。

1.2 WFB-800基本介紹

WFB-800系列微機(jī)發(fā)—變組成套保護(hù)裝置主要適用于電力系統(tǒng)主設(shè)備的保護(hù)。WFB-80裝置集成了一臺(tái)發(fā)電機(jī)的全部電氣量保護(hù)，WFB-802裝置集成了一臺(tái)主變壓器的全部電氣量保護(hù)，WFB-803裝置集成了一臺(tái)高廠變和勵(lì)磁變（勵(lì)磁機(jī)）的全部電氣量保護(hù)，WFB-804 裝置集成了一臺(tái)主變壓器及高廠變的全部非電量類保護(hù)?？蓾M足大型發(fā)—變組雙套主保護(hù)、雙套后備保護(hù)、非電量類保護(hù)完全獨(dú)立的配置要求。同時(shí)，該系列保護(hù)也能直接與電廠綜合自動(dòng)化系統(tǒng)聯(lián)接。

2.主要保護(hù)的異同

2.1差動(dòng)保護(hù)：比率差動(dòng)

2.1.1 RCS-985比率差動(dòng)動(dòng)作特性

比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作方程如下：

Id>Kb1×Ir+Icdqd

Kb1=Kb11+Kb1r×（Ir/Ie） （Ir

Id>Kb12×（Ir-n Ie）+b+Icdqd （Ir≧nIe）

Kb1r=（Kb12- Kb11）/（2×n）

b=（Kb11+Kb1r×n）×n Ie

Ir=（|I1|+|I2|+|I3|+|I4|+|I5|）/2

Id=|I1|+|I2|+|I3|+|I4|+|I5|

式中Id為差動(dòng)電流，Ir為制動(dòng)電流， Icdqd為差動(dòng)電流起動(dòng)定值，Ie為發(fā)電機(jī)額定電流

兩側(cè)電流的定義：

對(duì)于發(fā)電機(jī)差動(dòng)，其中I1、I2分別為機(jī)端、中性點(diǎn)側(cè)電流。

對(duì)于主變差動(dòng)，I1、I2分別為主變低、高壓側(cè)電流。

發(fā)電機(jī)差動(dòng)、主變差動(dòng)，根據(jù)不同的設(shè)計(jì)其中的I3、I4、I5有不同的表示意義。

對(duì)于高廠變差動(dòng)，其中I1、I2、I3分別表示高廠變高壓側(cè)、低壓側(cè)A、B分支電流；I4、I5未定義。

對(duì)于勵(lì)磁變差動(dòng)，其中I1、I2分別為勵(lì)磁變高壓側(cè)、低壓側(cè)電流，I3、I4、I5未定義。

比率制動(dòng)系數(shù)定義：

Kb1為比率差動(dòng)制動(dòng)系數(shù)，Kb1r為比率差動(dòng)制動(dòng)系數(shù)增量。

Kb11 為起始比率差動(dòng)斜率，Kb12為最大比率差動(dòng)斜率。

n為最大比率制動(dòng)系數(shù)時(shí)的制動(dòng)電流倍數(shù)，裝置內(nèi)部固定取4。

2.1.2 WFB-800比率差動(dòng)動(dòng)作特性

差動(dòng)動(dòng)作方程如下：

Iop≧Iop.0 （Ires≦Ires.0時(shí)）

Iop≧Iop.0+S（Ires- Ires.0） （Ires>Ires.0時(shí)）

式中：Iop為差動(dòng)電流，Ires.0為差動(dòng)最小動(dòng)作電流整定值，Ires 為制動(dòng)電流，Ires.0為最小制動(dòng)電流整定值，S為比率制動(dòng)特性的斜率。各側(cè)的電流都以指向發(fā)電機(jī)為正方向。

差動(dòng)電流：Iop =|IT+IN|

制動(dòng)電流：Ires=|IT-IN|/2

其中IT、IN分別為發(fā)電機(jī)兩側(cè)的電流。

2.1.3比較以上兩種差動(dòng)，可以很明顯的看出

a：兩者的差動(dòng)電流，制動(dòng)電流的表示方式都是一樣的，這也就是差動(dòng)最基本的原理，兩套設(shè)備都完全的遵循了這一思想。

b：兩者的不同之處在于RCS-985比率差動(dòng)動(dòng)作特性是一條平滑上升的曲線，隨著制動(dòng)電流Ir的不斷增大，它的臨界差動(dòng)動(dòng)作電流也在不斷的增大，它在電流到達(dá)nIe后進(jìn)入了制動(dòng)區(qū)，所以這個(gè)n的選擇就很重要。

而從WFB-800比率差動(dòng)動(dòng)作特性可以看出，在剛開始階段，隨著制動(dòng)電流Ires的不斷增大，它的臨界差動(dòng)動(dòng)作電流有一個(gè)保持階段，在制動(dòng)電流到達(dá)差動(dòng)最小動(dòng)作電流Ires.0后，隨著制動(dòng)電流的增大，臨界差動(dòng)電流以直線上升。

2.2發(fā)電機(jī)三次諧波定子接地保護(hù)

（1）RCS-985裝置三次諧波電壓比率判椐只保護(hù)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)25%左右的定子接地，機(jī)端三次諧波電壓取自機(jī)端開口三角零序電壓，中性點(diǎn)側(cè)三次諧波電壓取自發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)TV。

三次諧波保護(hù)動(dòng)作方程：

U3T/U3N>K3WZD

式中：U3T 、U3N分別為機(jī)端和中性點(diǎn)側(cè)三次諧波電壓值，K3WZD為三次諧波電壓比值整定值。

機(jī)組并網(wǎng)前后，機(jī)組等值容抗有較大的變化，因此三次諧波電壓比率關(guān)系也隨之變化，本裝置在并網(wǎng)前后各設(shè)一段定值，隨機(jī)組并網(wǎng)斷路器位置接點(diǎn)變化自動(dòng)切換。

三次諧波電壓比率判椐可選擇動(dòng)作于跳閘或信號(hào)。

（2）WFB-800裝置三次諧波電壓保護(hù)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)附近定子繞組的單相接地。動(dòng)作判椐為：

方案1：|U3s|≧K|U3n|

方案2：|U3s+Kp×U3n|≧K”|U3n|

其中U3s、U3n分別為機(jī)端TV開口三角繞組和中性點(diǎn)側(cè)TV輸出的三次諧波分量；K、 K”分別為方案1、方案2的制動(dòng)系數(shù)，它們是不同的正實(shí)數(shù)。

三次諧波方案1、2的選擇：

實(shí)際發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行中若干個(gè)不同負(fù)載情況下的比值m=|U3s|/|U3n|及m”=|U3s+U3n |/|U3n|，取它們各自的平均值mave、m”ave。

若mave

若mave>m”ave，則采用保護(hù)方案2投入運(yùn)行。

（3）對(duì)照這兩種裝置的三次諧波電壓保護(hù)，它們所采用的比率保護(hù)，取用的電壓都是機(jī)端TV開口三角繞組和中性點(diǎn)側(cè)TV輸出的三次諧波電壓，都是用的這兩個(gè)電壓的比值來反映定子繞組的接地大小情況。所不同之處在于RCS-985裝置采用了利用發(fā)電機(jī)并網(wǎng)斷路器的接點(diǎn)變換來采用切換不同定值的方式保護(hù)；而WFB-800裝置則采用了兩套不同的方案，根據(jù)m、m”的大小來判斷保護(hù)裝置應(yīng)該投入那種方式來保護(hù)。

2.3發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)

發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)故障使勵(lì)磁降低或全部失磁，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)失步，對(duì)機(jī)組本身及電力系統(tǒng)的安全造成重大危害。因此大、中型機(jī)組要裝設(shè)失磁保護(hù)。

2.3.1 RCS-985裝置失磁保護(hù)有以下四個(gè)判據(jù)組合，完成需要的失磁保護(hù)方案

a：低電壓判據(jù)

電壓一般取發(fā)電機(jī)機(jī)端三相電壓。

三相同時(shí)低電壓判據(jù)：Upp

b：定子側(cè)阻抗判據(jù)

阻抗圓：異步阻抗圓或靜穩(wěn)邊境圓，阻抗電壓量取發(fā)電機(jī)機(jī)端正序電壓，電流取發(fā)電機(jī)正序電流。

動(dòng)作方程為：270°≧Arg[（Z+jXB）/（ Z-jXA）] ≧90°

XA：靜穩(wěn)邊境圓，可按系統(tǒng)阻抗整定，異步阻抗圓，XA=0.5Xd；

XB：隱極機(jī)一般取Xd+0.5Xd，凸極機(jī)一般取0.5（Xd+Xq）+ 0.5Xd。

c：轉(zhuǎn)子側(cè)判據(jù)

轉(zhuǎn)子低電壓判據(jù)：Ur

d：減出力判據(jù)

減出力采用有功功率判據(jù)：P>Pzd

失磁導(dǎo)致發(fā)電機(jī)失步后，發(fā)電機(jī)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，P取一個(gè)震蕩周期內(nèi)的平均值。

2.3.2 WFB-800裝置的失磁保護(hù)的主判據(jù)可有下述判據(jù)中的一個(gè)或兩個(gè)組成。

a：靜穩(wěn)極限勵(lì)磁電壓Ufd（P）主判據(jù)

b：定勵(lì)磁低電壓輔助判據(jù)

c：靜穩(wěn)邊境阻抗主判據(jù)

阻抗扇形圓動(dòng)作判據(jù)匹配發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)邊境圓，采用0°接線方式，動(dòng)作特性見下圖。發(fā)電機(jī)失磁后，機(jī)端測量阻抗軌跡由圖中第I象限隨時(shí)間進(jìn)入第IV象限，達(dá)靜穩(wěn)邊境進(jìn)入圓內(nèi)。

靜穩(wěn)邊境阻抗判據(jù)滿足后，至少延時(shí)1～1.5S發(fā)失磁信號(hào)、壓出力或跳閘，延時(shí)1～1.5S的原因是躲開系統(tǒng)震蕩。扇形與R軸的夾角10°～15°為了躲開發(fā)電機(jī)出口經(jīng)過渡電阻的相間短路，以及躲開發(fā)電機(jī)正常進(jìn)相運(yùn)行。

d：穩(wěn)態(tài)異步邊界阻抗判據(jù)

發(fā)電機(jī)發(fā)生凡是能導(dǎo)致失步的失磁后，總是先到達(dá)靜穩(wěn)邊界，然后轉(zhuǎn)入異步運(yùn)行，進(jìn)而穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。該判椐的動(dòng)作圓為下拋圓，它匹配發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)異步邊界圓。

e：主變高壓側(cè)三相同時(shí)低電壓判據(jù)

f：機(jī)端過電壓判據(jù)

失磁保護(hù)是發(fā)變組保護(hù)中一個(gè)相當(dāng)重要的保護(hù)，兩套裝置都給出了很多的判據(jù)，從中也可以看出，它們給出的兩者之間有較大的差異。但目前國內(nèi)所使用較多的是阻抗性的保護(hù)。例如：RCS-985裝置的定子側(cè)阻抗判據(jù)，WFB-800裝置的靜穩(wěn)邊境阻抗主判據(jù)和穩(wěn)態(tài)異步邊界阻抗判據(jù)等等。這些判據(jù)以及它們的組合能夠很好的反映發(fā)電機(jī)磁場在失去后，勵(lì)磁的變化情況以及勵(lì)磁裝置的實(shí)際運(yùn)行情況。

3.由于發(fā)變組保護(hù)中保護(hù)的種類比較多，筆者在此就只舉RCS-985裝置和WFB-800裝置中幾個(gè)比較重要和常用的保護(hù)來作對(duì)比

其余的保護(hù)大家可以在使用這兩套裝置時(shí)仔細(xì)的進(jìn)行研究，以比較其更多得差異。

4.結(jié)論

以上經(jīng)對(duì)RCS-985裝置和WFB-800裝置中的幾個(gè)重要保護(hù)進(jìn)行了一個(gè)簡單的比較，從中不難發(fā)現(xiàn)，兩套裝置在有些保護(hù)中，如：差動(dòng)保護(hù)，它們之間的原理是基本上相同的，沒有太大的差異，所不同的就只在特性曲線上。而象失磁保護(hù)在判據(jù)上都比較多，這就要根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況來選用裝置上的判據(jù)能更好的保護(hù)機(jī)組。