發(fā)變線組接線方式下的繼電保護配置分析

李振軍

(秦皇島發(fā)電有限責任公司，河北 秦皇島 066003)

0 引言

某電廠300 MW 機組采用發(fā)變線組(發(fā)電機-變壓器-線路組)的接線方式，有效減少了發(fā)電廠系統(tǒng)操作的復(fù)雜性，簡化了電廠的運行管理。該接線方式適用于無發(fā)電機電壓負荷且發(fā)電廠離系統(tǒng)變電所較近的情況，但發(fā)變線組主開關(guān)即是線路開關(guān)，線路發(fā)生故障時，線路保護動作會造成機組跳閘。因此，針對線路故障可能對機組造成的影響以及處理過程中需注意的問題，對繼電保護配置的合理性做出了分析，并提出了相應(yīng)的改進建議。

1 設(shè)備概況

機組采用如圖1 所示的發(fā)變線組接線方式。發(fā)電機定子引出線通過分相封閉母線與主變相連，中間不設(shè)斷路器；主變與發(fā)變線組主斷路器之間不設(shè)隔離開關(guān)；發(fā)變線組主開關(guān)通過出口隔離開關(guān)與線路相連。

圖1 發(fā)變線組一次接線示意

發(fā)電機采用三級勵磁，副勵磁機發(fā)出的350 Hz 電流經(jīng)UNITROL-5000 系列微機勵磁調(diào)節(jié)器供給主勵磁機定子繞組，主勵磁機轉(zhuǎn)子電樞繞組產(chǎn)生的250 Hz 交流電經(jīng)旋轉(zhuǎn)整流后直接進入發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁場繞組，供給發(fā)電機勵磁。在發(fā)變線組接線方式下，繼電保護配置分為發(fā)變組保護和220 kV 線路保護兩部分。

發(fā)變組保護設(shè)有電量保護和非電量保護，其中電量保護采用雙重化配置，發(fā)變組保護A、B 柜采用南瑞的PCS-985B 發(fā)電機變壓器成套保護裝置。保護A、B 兩柜相互獨立，并提供發(fā)電機變壓器單元所需要的全部電量保護，囊括主變壓器、發(fā)電機、高廠變、勵磁機等設(shè)備；A、B 柜兩套發(fā)變組保護各自所用的電壓量、電流量來自不同的PT 和CT，主保護、后備保護共用一組CT。保護C 柜為一套非電氣量保護，采用南瑞的PCS-974A-G 非電量保護裝置，集成了變壓器的非電量保護、非全相保護及斷路器失靈啟動等功能。保護A、B 柜出口對應(yīng)發(fā)變線組主開關(guān)不同的跳閘線圈。發(fā)變組保護A柜電源取自一組直流，跳主開關(guān)Ⅰ組跳閘線圈。發(fā)變組保護B 柜電源取自二組直流，跳主開關(guān)Ⅱ組跳閘線圈。保護A、B 柜均去跳滅磁開關(guān)和廠用電分支開關(guān)。發(fā)變組保護C 柜跳發(fā)變線組主開關(guān)Ⅰ、Ⅱ組跳閘線圈，滅磁開關(guān)和廠用電分支開關(guān)。

220 kV 線路保護配置兩套縱聯(lián)電流差動保護，一套斷路器失靈保護。A 柜為RCS-931AM 型縱聯(lián)電流差動保護裝置，采用專用光纖通道；B 柜為CSC-103B 型縱聯(lián)電流差動保護裝置，采用復(fù)用光纖通道；C 柜為RCS-921A 型斷路器失靈保護。

2 事件經(jīng)過

2021-08-17T13:00，線路C 相發(fā)生單相故障，4 號發(fā)變線組2204 開關(guān)C 相跳閘，600 ms 后短暫重合；200 ms 后C 相再次故障，發(fā)變線組2204 開關(guān)三相跳閘，汽輪機主汽門關(guān)閉，滅磁開關(guān)及高廠變A、B 分支電源開關(guān)未跳閘。

3 處理過程分析

3.1 保護動作過程分析

13:00，4 號機發(fā)變線組2204 開關(guān)跳閘，發(fā)變線組控制盤觸發(fā)“線路RCS-931AM 保護裝置動作”“線路CSC-103B 保護裝置動作”“線路重合閘動作”光字報警。檢查線路保護為RCS-931A保護縱聯(lián)差動保護動作與CSC-103B 保護縱聯(lián)差動保護均動作，線路重合閘動作未成功，發(fā)變線組主開關(guān)跳閘，汽輪機主汽門關(guān)閉。滅磁開關(guān)未動作跳閘，發(fā)電機帶廠用電運行。

發(fā)變線組2204 開關(guān)三相跳閘59 s 后，滅磁開關(guān)跳閘；4 s 后，6 kV 工作A、B 段電壓迅速下降(降低到73 %額定電壓)，快切裝置動作，跳開6 kV工作B 段64B 開關(guān)，604B 開關(guān)自投成功。30 s 后，斷水保護動作經(jīng)600 ms 延時，通過發(fā)變組保護C柜跳6 kV 工作A 段64A 開關(guān)；39 s 后，手動合入604A 開關(guān)，廠用電全部恢復(fù)。

滅磁開關(guān)跳閘14 s 后，柴油機啟動，保安A段恢復(fù)供電。6 kV 工作A 段電源正常后，保安段自動切換回工作電源送電，柴油機停運。

通過保護動作過程分析，在線路保護動作只造成發(fā)變線組主開關(guān)跳閘，主汽門關(guān)閉，沒有滅磁和切換廠用電，判斷與線路保護機組保護的配合存在缺失，沒有與發(fā)變組保護關(guān)聯(lián)，因此需要從保護配置上進行分析，找到問題的癥結(jié)所在。

3.2 過程分析

發(fā)變線組2204 開關(guān)跳閘，主汽門關(guān)閉后，滅磁開關(guān)、廠用電源開關(guān)均未跳閘，為防止設(shè)備損壞，運行人員應(yīng)立即手動拉開滅磁開關(guān)，將發(fā)電機滅磁。因在處理過程中沒有及時滅磁，隨著機組轉(zhuǎn)數(shù)下降，機端電壓不斷下降，當轉(zhuǎn)數(shù)下降到2 100 r/min 時,機端電壓下降到額定電壓的73 %，此時6 kV 廠用電壓已不能保證轉(zhuǎn)機的正常運行。

因機組已跳閘，主汽門已關(guān)閉，機組轉(zhuǎn)數(shù)下降，已經(jīng)不符合快切裝置的并列倒換條件，只能采用瞬切聯(lián)動法將廠用電切至備用電源。瞬切聯(lián)動法倒換廠用電是機組跳閘后，倒換廠用電的唯一方法，即保持快切裝置運行方式的切換把手在“工作”位置或備自投把手在“投入”位置，拉開廠用電工作電源開關(guān)，備用電源開關(guān)自投。機組跳閘時，不允許使用快切裝置并列倒換廠用電或手動并列倒換廠用電，因使用快切裝置后，廠用電備用電源開關(guān)已經(jīng)沒有同期閉鎖，在任何條件下都可以手動合入備用電源開關(guān)，如工作電源開關(guān)未斷開，合入備用電源開關(guān)，會造成用啟動變帶發(fā)電機運行，過流保護將觸發(fā)啟動變跳閘，機組徹底失去廠用電，會進一步延長事故處理時間，并可能損害變壓器。

因運行人員利用快切裝置并聯(lián)切換倒換廠用電，手動操作將6 kV 工作A 段快切裝置切換把手切至“啟動”位置，快切裝置未動作，致使6 kV工作A 段失去了低電壓自投的機會，132 s 后才人為投入備用電源開關(guān)，恢復(fù)6 kV 工作A 段的供電。

4 存在問題及解決方案

4.1 保護配置問題分析

在線路保護的原始設(shè)計上，線路保護動作后只將發(fā)變線組主開關(guān)跳閘。在保護傳動中發(fā)現(xiàn)，如果只跳開主開關(guān)，機組仍會繼續(xù)運行，突然的甩負荷會使機組發(fā)生超速，對機組的運行安全不利，因此增加了線路保護動作聯(lián)動關(guān)主汽門的功能，同時保護設(shè)計上還設(shè)置有熱工保護，即主汽門關(guān)閉后，利用熱工保護經(jīng)發(fā)變組保護C 柜直接聯(lián)跳主開關(guān)、滅磁開關(guān)、廠用電分支開關(guān)。經(jīng)過實戰(zhàn)檢驗，這種“機電大聯(lián)鎖傳動”是可行的，可以保障機組在線路保護動作后的安全響應(yīng)。

《國家電網(wǎng)公司發(fā)電廠重大反事故措施(試行)》要求在機組大聯(lián)鎖保護中，汽輪機跳閘必須通過程序逆功率保護聯(lián)跳發(fā)電機，禁止直接聯(lián)跳。依據(jù)該文件取消了熱工保護，啟用了發(fā)變組保護A、B 柜的程序逆功率保護。取消熱工保護后，若再次出現(xiàn)線路保護動作跳閘，因發(fā)變線組主開關(guān)已跳閘，程序逆功率保護不具備啟動條件，保護不會啟動，因此就沒有了滅磁和廠用電切換的保護功能；且機組與線路同時停運的機會很少，線路保護與發(fā)變組保護傳動未能有機結(jié)合，致使一直未能發(fā)現(xiàn)在熱工保護取消，線路保護動作后存在不能滅磁和廠用電切換的隱患；同時，線路長度較短，所經(jīng)路途障礙少，在此次事故前只出現(xiàn)過一次線路跳閘，線路的穩(wěn)定運行也掩蓋了隱患的存在。

因發(fā)變線組的保護配置上存在缺失，提升了運行人員在事故處理上的難度，使事故處理過程更加復(fù)雜，也增加了設(shè)備損壞的危險。

4.2 勵磁調(diào)節(jié)器問題分析

經(jīng)檢查UNITROL-5000 系列微機勵磁調(diào)節(jié)器數(shù)據(jù)，未發(fā)現(xiàn)造成發(fā)電機滅磁的保護動作記錄，因廠家不提供保護邏輯圖，給分析帶來了一定的困難。在前期的等級檢修中，為確定滅磁開關(guān)跳閘的原因，進行了諸多模擬試驗，也未找到跳閘的全部原因；后續(xù)咨詢廠家，也未給出合理解釋，導(dǎo)致隱患一直存留。因調(diào)節(jié)器已到使用年限且存在使用不便的問題，對調(diào)節(jié)器進行更換，從根本上解決了此問題。

4.3 改進方案

綜上分析，需要將保護配置進行優(yōu)化，以實現(xiàn)主開關(guān)跳閘后，將滅磁開關(guān)、廠用電開關(guān)全部聯(lián)跳，以保護設(shè)備安全。從線路兩套光纖縱聯(lián)差動保護(CSC-103B 保護、RCS-931AM 保護)跳閘出口各引出一對保護出口三跳接點，在兩套保護柜各設(shè)一個“三跳切機”出口壓板，兩路三跳切機回路并聯(lián)后送至發(fā)變組非電量RCS-974 保護柜，作為保護的開入信號。在發(fā)生線路保護動作跳閘后，任一套線路保護動作，均可將三跳切機動作信號送入發(fā)變組保護C 柜，作為保護的開入信號經(jīng)“系統(tǒng)聯(lián)跳”壓板送入保護C 柜，利用保護C 柜作為載體去啟動跳閘。保護C 柜出口設(shè)為全停：跳發(fā)變線組主開關(guān)、發(fā)電機滅磁開關(guān)、廠用電A 分支開關(guān)、廠用電B 分支開關(guān)、關(guān)主汽門。系統(tǒng)聯(lián)跳開入信號啟動后，通過保護C 柜的跳閘矩陣，實現(xiàn)機組的全停，以達到機組解列、滅磁、關(guān)主汽門、廠用電切換的目的。

4.4 應(yīng)用

2022-08-16T16:24，4 號發(fā)變線組再次因線路故障跳閘，觸發(fā)“相關(guān)線路保護動作”“系統(tǒng)聯(lián)跳”光字牌報警以及廠用電控制盤“4 號機6 kV A 段快切裝置動作”“4 號機6 kV B 段快切裝置動作“光字牌報警。檢查保護室線路RCS931 縱聯(lián)差動保護柜，顯示“電流差動保護”動作,線路CSC-103B縱聯(lián)差動保護柜和線路RCS921 斷路器保護柜中TA、TB、TC 報警燈亮；發(fā)變組保護C 柜“系統(tǒng)保護聯(lián)跳”報警燈亮；發(fā)變線組主開關(guān)2204 開關(guān)跳閘，滅磁開關(guān)跳閘，6 kV 廠用電快切動作正常。

對動作過程進行了分析，從線路保護動作到發(fā)變組保護C 柜啟動，均準確實現(xiàn)了改進方案的設(shè)計功能，驗證了保護回路改造的正確性。

5 結(jié)束語

鑒于發(fā)變線組接線方式的特點，線路故障會造成機組解列等后果，運行人員應(yīng)孰知機組解列后對廠用電和機組勵磁的處理原則，并且確保保護配置齊全可靠，及時發(fā)現(xiàn)并處置缺陷和設(shè)備隱患，才能在事故過程中有效保證機組和主要設(shè)備的安全。