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1、安全技术大型发电机变压器组微机保护运行详解(图文) 介绍了望亭发电厂300MW发电机组采纳的WFBZ01型微机爱护的运行状况，对投运以来爱护动作的事例进行了分析和总结，并针对大型发电机转子一点接地爱护、转子二点接地爱护、匝间短路爱护、失磁爱护、低阻抗爱护及主爱护等方面提出个人的一些看法。(风险管理世界网-平安员之家) 华东电力集团望亭发电厂11号发电机变压器组，发电机为QFSN300/2，20 kV，300 MW;主变压器为360MVA，(23622.5%)kV/20 kV;厂高压变压器2台，20 MVA，(2022.5%)kV/6.3kV。采纳南京电力自动化设备总厂生产的WFBZ01型发电机
2、变压器组微机爱护。 1WFBZ01微机爱护运行状况 1.1动作状况 该爱护装置于1996年12月26日首次并网，通过168h试运行，又经过一次全面消退缺陷和1998年5月6月的第一次大修，在历时2年的运行过程中，爱护全部动作状况见表1。 1.2动作分析 a.机组在168h试运行期间，以及试运行通过后的前半年运行期间，锅炉、热工、汽机等方面问题特殊多，如锅炉燃烧不稳定，主燃料爱护失灵，即MFT爱护常常动作，造成停机、停炉。其逆功率爱护1(由主汽门关闭开关量和逆功率1组成与门，经0.5s出口跳主断路器和灭磁开关)先后动作12次，其中1次不正确动作，是在168h试运行期间，由于热工输出的主汽门关闭开
3、关量的常开、常闭接点接反，造成在并网时发电机瞬时逆功率动作出口停机、停炉，于是临时停用逆功率爱护1。在此期间，当热工爱护动作停机、停炉时，由逆功率爱护2经30s延时出口跳主断路器及灭磁开关，共动作9次，全部正确。另有6次属机热工爱护动作(由主汽门关闭开关量和AST低油压组成与门)，直接启动电气出口跳主断路器及灭磁开关。 在1998年5月6月机组第一次大修期间，最终查明原挨次停机用主汽门关闭开关安装不合理，同时主汽门关闭开关量和AST低油压组成与门直接启动电气出口也不尽合理，于是改成主汽门关闭开关量和AST低油压组成与门的回路和逆功率1组成挨次停机爱护，这样必需由主汽门已关闭和逆功率爱护1动作作
4、为主汽门关严的充分条件，实现挨次停机、爱护出口跳主断路器和跳灭磁开关。此后机、炉爱护动作全部由逆功率爱护1进行，其动作全部正确。 b.发电机定子冷却水断水爱护动作1次。从定子断水爱护本身来说，动作是正确的。由于设计时将断水爱护延时设置于热工回路中，但实际上热工回路中无此延时，168h试运行期间消失冷却水瞬时波动断水，造成断水爱护瞬时出口停机、停炉。后在微机爱护的软件中设置定子断水爱护延时，至今该爱护运行正常。建议以后对断水爱护的延时就设置在微机爱护中，这很简单实现，而在热工回路中设置此延时，往往会造成某些疏漏。 c. 1997年5月26日7点45分，发电机因某种缘由工作于50 Hz手动励磁状态
5、，当时发电机有功输出210MW，无功输出90Mvar，机端电压19kV，励磁机主励电流92A。此时依据系统要求，发电机增加有功输出，同时未准时调整50Hz手动励磁，当发电机有功增至282MW时，无功逐步进相至154Mvar，由于电枢反应和接至机端的50Hz手动励磁随机端电压下降，励磁反而降至75A，机端电压由19kV降至16.5kV，发电机功角由38.2增至94.3，定子电流由86.5%In增至113%In，机端阻抗(二次侧)由第象限ZF=24.17ej21.6 快速进入第象限ZF=11.95 e-j28.5 ，ZF进入失磁圆内，经1s，失磁爱护动作出口，造成停机、停炉。失磁爱护动作行为正确。
6、 d.发电机定子匝间短路爱护由专用的电压互感器(TV)开口三角形连接的三相绕组(简称开口三角)供匝间爱护测量发电机基波零序电压。匝间爱护的灵敏段，其基波零序电压整定值为2V，延时0.1 s;不灵敏段，基波零序电压整定为4V;3次谐波制动电压门槛整定为4V，制动系数为0.4。发电机在各种负荷状况下测得开口三角基波零序电压小于0.065 V，微机爱护显示屏显示基波零序电压小于0.017V。1997年11月27日18时58分，机组带有功负荷285MW，无功负荷140Mvar，系统内无操作也无故障，匝间爱护突然出口跳闸。事后分析推断发电机定子绕组无匝间短路，于是重新启动机组，在发电机满速后，发电机升压
7、至5kV，10kV，15kV，20kV时，测开口三角基波零序电压均小于0.017V，在20kV时，经1min，开口三角基波零序电压突升至2.01V，但一次系统无特别，过后开口三角基波零序电压又消逝，后将发电机并网，经数分钟开口三角基波零序电压又升至1.95V，停留1min后又消逝。在1997年11月28日发电机带230 MW负荷后，测开口三角基波零序电压为0.95V，但随后又消逝，此时匝间爱护按原定值投入信号，以后经长期监测，匝间爱护开口三角基波零序电压均小于0.065V，且匝间爱护至今未有动作信号消失。 1998年5月6月机组大修时，曾对匝间爱护一、二次回路进行重点检查，未发觉特别。但在对接
8、于机端另一组电压互感器(TV)进行空载特性试验时，发觉当在电压小于UN状况下，伏安特性正常，至1.3UN时，TV立即消失一次绕组匝间短路，从今绝缘未恢复。由此分析，可能该机组TV一次绕组匝间(层间)绝缘本身存在缺陷，在运行中可能有瞬时层间绝缘损坏状况。由于该TV在机端和匝间爱护专用TV经发电机中性点中阻抗(5000)并联，所以该TV一旦消失瞬时层间绝缘破坏，在匝间爱护专用TV的开口三角处能测量到基波零序电压，从而导致匝间爱护动作。另外在运行期间，高压出线近区曾发生接地故障，WFBZ01型爱护无任何特别状况发生。 2初步评价 a.通过投产调试及第一次大修试验，认为WFBZ01型微机爱护调试便利、
9、简洁、牢靠，因此取消了另配一套集成元件爱护的方案。 b.微机爱护改动比模拟爱护便利，易于实现。如低阻抗爱护增加电流闭锁时，可以不增加任何硬件设备和回路，而仅在软件中实现。 c.该装置已投运2年多，未发觉重大缺陷。特殊是1998年来，其逆功率爱护、失磁爱护等均有多次正确动作记录，其它爱护也经过几次区外故障的考验，无误动等特别状况发生。 d.对爱护的配置，应充分考虑某一屏停用时，不失去主爱护和动作较多的后备爱护，建议对某些重要的爱护应双重化配置(包括后备爱护)，并应安排在不同屏柜内。 e.在运行中发觉的问题，许多可以在投运前试验时发觉和清除，所以对该爱护在试验时应列出具体的试验项目，试验时不要漏项
10、，这样可以削减在投运后消失特别和故障。 f.针对已获得的运行资料，我们对12号、13号300MW机组爱护进行改造，也采纳了WFBZ01型微机爱护，并不再配置集成电路爱护，为全厂微机网络化制造条件，使技术更新再上一个台阶。 3几点体会 300MW机组爱护自1974年在我厂投运至今，有20余年的运行历史，300MW的微机爱护运行时间也已有2年多，我们对大机组爱护的运行有以下几点体会。 3.1逆功率爱护 大型发电机组爱护动作几率最多的是挨次停机逆功率爱护。采纳微机型逆功率爱护后，与过去采纳的模拟型逆功率继电器相比，动作的正确率特别高。一般采纳挨次停机方式的逆功率爱护要求主汽门关闭的开关量必需调整合理
11、，只有在主汽门关闭位置时接点接通，其它位置接点均应断开。挨次停机爱护的延时可取0.5s2 s，对以无主汽门关闭的开关量为判据的逆功率爱护延时可为30s，其逆功率整定值对300 MW机组应为40MW及以下。另外，逆功率爱护不应和任何电气故障量爱护发生联系，即逆功率爱护是独立的。 3.2发电机转子一点接地爱护 早期的双水内冷发电机转子引线拐脚简单断裂，曾引起转子频繁一点接地，所以转子一点接地爱护正确动作显得非常重要。现在对转子引线拐脚改进后，拐脚断裂已基本消退，转子一点接地现象已非常稀有。然而转子一点接地爱护却引起了新的无故障误动问题增多。现在采纳叠加工频沟通电压的导纳型转子一点接地爱护，或用霍尔
12、元件构成的测量转子对地等效电导或等效电阻重量的转子一点接地爱护，从理论上讲，可不受转子对地大电容的影响。实际上当轴电刷有较大的过渡接触电阻时，很简单误动，如用在大机组上，只要轴电刷的刷架或轴电刷装配得不够好、轴电刷的弹簧压力不够以及轴电刷接触有油污等，均会引起轴电刷接触不良，爱护易误动。所以正确的装配刷架、轴电刷，增加电刷弹簧压力，准时清除油污，对轴电刷进行良好的维护，是消退该爱护误动的关键。用乒乓式转子一点接地爱护极易实现。对于旋转整流励磁的发电机，采纳定时通过举刷装置探测转子对地绝缘电阻值的方法来实现转子一点接地爱护，其缺点是爱护的牢靠性依靠于举刷装置，同时不能连续监视转子绝缘性能。 3.
13、3转子两点接地爱护 目前大机组大都采纳测量机端电压中的2次谐波重量为判据的转子两点接地爱护。在各种正常工况下，300MW机组机端电压的2次谐波重量不大于0.15%UN，所以我厂对这类爱护2次谐波重量动作值整定为(0.35%0.6%)UN。由于该爱护判据相当薄弱，在实际运行中，不论是模拟爱护还是微机爱护都曾有过不同程度的误动，如无故障状况以及区外故障时均有过误发信号(该爱护在我厂投运方式为只投信号)。对于微机型相同原理的爱护，由于该机组是旋转整流励磁，所以停机时残压持续时间较长，且残压频率已不是50Hz，该爱护停机时均误发信号。由于大机组确定转子一点接地后，都不会连续运行，所以不会到进展成两点接
14、地时才停机检修。依据以上状况，对该原理的转子两点接地爱护只投动作信号是合理的，另外对微机型爱护，应开发新判据的转子两点接地爱护较为相宜。 3.4失磁爱护 我厂曾有过二次励磁回路的失磁和严峻低励现象，其中模拟型和WFBZ01型微机爱护各动作一次，动作行为均正确。失磁爱护整定值的选择也是失磁爱护正确动作的关键，我们认为按异步边界圆动作与高压侧低电压动作组成的与门，且整定值取85%UN，以0.5s动作出口，异步边界圆以1 s动作出口(以上均应加TV断线闭锁)。例如某电厂300MW机组采纳的失磁爱护判据为用高压侧电压(整定值为85%UN)和异步边界圆组成与门，结果在转子引线处短路而引起失磁，失磁时系统
15、电压大于85%UN，机端阻抗虽已进入异步边界圆内，但爱护经1s未出口，随之电压下降至85%UN，但此时机端阻抗又滑出异步边界圆，这样爱护又未出口，最终引起整流柜故障，爱护经4s出口，使引线严峻烧坏。但为了削减某些励磁回路故障引起的停机次数，可按静稳边界圆判据自动减有功出力，按异步边界圆与系统电压下降判据出口跳闸。 3.5定子匝间短路爱护 目前除定子双星形中性点引出的机组可以采纳横差作定子匝间短路爱护比较完善、牢靠外，用其它判据构成的匝间短路爱护，由于故障时判据不完善，其正确动作率甚低。WFBZ01型微机匝间爱护采纳机端专用电压互感器基波零序电压为基本判据，分灵敏段和次灵敏段，其中灵敏段用区外故
16、障时消失的3次谐波作为制动量。在我厂应用时，曾因机端其它TV层间绝缘瞬时破坏，匝间爱护测量到基波零序电压而动作;还有在区外故障时受3次谐波制动而匝间爱护未误动的实例。盼望有其它判据，使匝间短路爱护更为完善。 3.6过励磁爱护及过电压爱护 从多年来运行状况看，大机组爱护必需设置牢靠和整定合理的过励磁爱护和过电压爱护，特殊是当发电机在满速升压过程中，当励磁调整器失控时极易消失危急的过励磁和过电压，其过励磁和过电压爱护要和发电机、主变压器等过励力量较弱的设备协作。如某300MW机组在空载升压过程中由于励磁调整器损坏失控，在合上励磁开关时，励磁快速上升，因主变过励磁，其空载电流导致发电机变压器组比率制
17、动差动爱护动作。所以发电机变压器组在空载状态，未并网前的过励磁、过电压危害特殊严峻。一些过去的机组在这方面也考虑得不多。我们认为须加装过励磁、过电压爱护，可以分段设置，也可以按反时限特性和机组过励磁、过电压力量协作设置，同时必需设置短时限或0.5s的上限过励磁、过电压爱护，以便在并网前发电机组消失最危急的过励磁、过电压时，能快速切断励磁，保证机组的平安。 3.7低阻抗爱护 依据多年运行阅历，大机组采纳低阻抗作为高压母线的后备爱护，在某种程度上也有肯定的意义，但模拟型爱护正确动作率很低，特殊因装置内、外电压回路断线而误动的状况频繁发生。我厂对现在运行的模拟型和微机型低阻抗爱护均装设了电压回路断线
18、闭锁和电流闭锁回路，至今该两套爱护未有误动发生。模拟型爱护电流闭锁元件整定值Idz取(1.11.15)IN/0.85;微机型爱护的返回系数比较高，Idz取(1.11.15)IN/0.95。 3.8差动爱护 目前大机组差动爱护均已采纳起始动作电流小于额定电流IN的比率制动差动爱护，也不考虑TA断线闭锁。我们认为大机组爱护在TA断线时，当负荷电流达到动作电流，就应由爱护动作出口而停机，TA断线不应闭锁差动爱护而只动作于信号。一般起始动作电流Idz取(0.20.4)IN，比率制动系数取Kz0.4(微机爱护)，这样在故障时灵敏度是足够的，如按理论计算，起始动作电流和制动系数还可下降，但最好在局部机组上
19、对高灵敏度定值进行试运行，且经过多次区外故障考验后方可推广采纳。差动爱护定值按理论计算与实际运行不符合的状况也屡有发生，所以采纳高灵敏定值(纵差、横差)最好要慎重一些，避开不必要的误动。 3.9关于微机爱护最大故障电流的考虑 依据目前国内微机型元件爱护的使用状况，在大电流工况下应留意以下问题： a.电流很大时一次TA饱和对爱护特性的影响; b.电流很大时，装置数据采样系统的非线性如二次TA及A/D转换器的饱和对爱护动作特性的影响; c.电流很大时，按工作在额定电流四周设计的后备爱护精确计算的适应性; d.需要大电流定值的场合，装置整定范围是否满意要求。 我厂使用的WFBZ01型微机爱护装置，在调试时发觉厂高压变压器电流速断要求的整定值(此定值大)已超出装置整定范围;低阻抗爱护在二次电流达125A时已超出计算范围。后经修改程序，更换二次电流互感器，使爱护在最大故障电流且一次TA不饱和状况下能正确动作。 3.10误上电或启停机爱护 电压等级在220kV及以下，且一次系统较为简洁的双母线接线时，对大机组爱护可不考虑装设误上电或启停机爱护;电压等级在220kV以上或一次系统较简单的大机组爱护应考虑误上电或启停机爱护。 第 8 页 共 8 页