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1、全国火电大机组（600MW 级）竞赛第 11 届年会论文集电气31邯峰电厂 660MW 机组发变组保护特点及改进赵尤理 李彦学（华能邯峰发电厂）摘要：华能邯峰发电厂 2660MW 机组，采用德国西门子公司新型数字式发电机变压器组继电保护,其发变组保护为西门子公司新一代数字式产品，与国产装置相比在保护原理、功能配置以及软硬件构成上都存在较大的差异，有许多值得借鉴的特点，本文结合现场的试验和运行情况，对装置的主要保护原理、保护定值、和实际运行中发现的问题进行了讨论与分析，并提出了解决方法。 关键词：西门子；发变组；继电保护；技术特点华能邯峰发电厂两台 660MW 燃煤发电机组，主设备引进德国西门子
2、公司设备，发变组保护采用西门子公司 7UM51、7UT51、7SJ51、7UW50、7SW67 等系列数字式继电器成套装置，是 90 年代开发研制的新一代数字产品，采用 16 位微处理器，从测量值采集处理到发出跳闸命令，全部实现数字化运算与控制，具有完善的自检功能，并且适应于 VDEW（德国应用联合会）和 ZVEI（德国电力及电子设备生产厂商联合会）所提出的标准化通讯规约。西门子的数字式保护系统，与国产装置相比无论在保护原理和功能配置上，还是在装置的软硬件构成上都有着较大的不同，其模块化的设计思想、新颖的保护原理和友好的人机界面很值得借鉴。同时也应该注意到，由于制造业技术水平的差异，国内外对大
3、型发电机组继电保护配置的要求不尽相同。1 继电器简介（1）7UT51 继电器2：主要为电流差动继电器，7UT512 应用于双绕组变压器或电动机，7UT513 为三绕组变压器、三分支保护，并可以实现限制接地保护。（2）7UM51 继电器：主要为综合保护继电器，可分别为 7UM5113、7UM5154、7UM5165，互相组合即可实现发变组的基本保护功能（阻抗、失步、频率、逆功率、负序、电压、定子、转子接地保护）等功能。（3）7SJ51 系列：高厂变过流、热过载、零序保护（4）7UW50：一种硬件出口矩阵，可以有 28 路跳闸输入，10 路跳闸输出，并有红色和黑色的插头，代替传统的保护压板，方便的
4、投退保护。（5）7SW67：由 10 个快速中间继电器构成，对保护装置外部开入量（如瓦斯等）进行隔离，保护装置跳闸令也经该继电器直接驱动跳闸。全国火电大机组（600MW 级）竞赛第 11 届年会论文集电气322 发变组保护配置邯峰 660MW 发电机，发电机-变压器组（发电机、主变和高厂变）保护被合理地分配在两个保护屏 10CHA11、10CHA12 内，见表 1。两个保护屏相互独立，都具有对发变组主设备的保护功能，基本上实现了主保护双重化的设计要求。对于非电量保护如：变压器瓦斯保护、压力释放跳闸、温度高跳闸等，通过专门的开入量继电器 7SW67 引入保护屏，直接经跳闸回路驱动出口。从保护配置
5、中可以发现，并没有国内常用的匝间保护功能。表 1 发变组保护配置及动作表1发变组差动保护F2423主变油温高跳闸A512发电机差动保护F1024主变绕组温度高跳闸A513发电机阻抗保护F2125主变高压侧中性点零序过流保护F15逆功率保护-1F1126#1 高厂变差动保护F17/184逆功率保护-2F2127#1 高厂变过流保护F255不对称保护F2128#1 高厂变 A、B 分支零序电流保护F25/26690%定子接地保护F2129#1 高厂变 A、B 分支限制接地保护F17/187100%定子接地保护F1230#1 高厂变瓦斯保护A548转子接地保护F1231#1 高厂变无载调压保护A54
6、9过激磁保护F1232#1 高厂变压力释放器动作A5410低励磁保护F1133#1 高厂变油温高跳闸A54频率保护-1F1134#1 高厂变绕组温度高跳闸A5411频率保护-2F1235#2 高厂变差动保护F27/2812发电机失步保护F2136#2 高厂变过流保护F1513零序电压保护F1237#2 高厂变 A、B 分支零序电流保护F15/1614发电机过电压保护F1138#2 高厂变 A、B 分支限制接地保护F27/2815发电机过负荷保护F1139#2 高厂变瓦斯保护A5216突然加电压保护F1940#2 高厂变无载调压保护A5217励磁变压器过流保护F1341#2 高厂变压力释放器动作
7、A5218发电机中性点零序电流保护F1342#2 高厂变油温高跳闸A5219主变差动保护F1443#2 高厂变绕组温度高跳闸A52注：主变为单相式，所有开关量保护为三个。励磁单元-1A5220主变瓦斯保护A5344 励磁单元-2A5421主变无载调压保护A53外部保护跳闸-1A5222主变压力释放器动作A5145外部保护跳闸-2A543 部分保护原理简介3.1 7UT513 差动继电器采用了多折线式比率制动特性，见下图。图中 a-b-c-d 构成了继电器的制动特性曲线，其上方为差动动作区，下方为不动作区。a 段是差动继电器灵敏门槛值，定值一般整定为 0.25I/IN，它必须躲过稳态不平衡电流。
8、为防止变压器因抽头位置变化和主 CT、继电器辅助全国火电大机组（600MW 级）竞赛第 11 届年会论文集电气33CT 变比误差引起的不平衡电流造成的继电器误动，b 段斜率略微增大一些，一般整定为 0.10.25 ,直线 a 和折线 b 的拐点为 INTR（变压器的额定电流）；由于变压器区外故障产生的巨大穿越电流将使两侧 CT 饱和度不一样，并产生很大的差流，为避免差动继电器发生误跳闸，一方面进一步增大c 段的斜率来提高其制动能力，另一方面采用了由曲线 e 形成的增加稳定区（e 的斜率为 b 段的一半）来监视 CT 饱和。通常 CT 饱和是在故障 1/4 周波后发生的，因此在区外故障发生的 1
9、/4 周波内，Idiff 很小，而 Istab 很大。该继电器在大电流发生的 10ms 内检测继电器的工作点，如果进入了“增加稳定区”，则判断 CT 饱和，闭锁差动继电器出口 18 个周波。d 段为大电流时的差动速断段。对于差速断保护定值的整定，SIEMENS 提供的整定方法为变压器短路阻抗的倒数(1/Uk)，根据大型发电机变压器继电保护整定计算导则6，对 220500KV变压器，差电流速断是变压器纵差保护的一个辅助保护，当内部故障电流很大时，防止由于 CT 饱和引起的差动保护延迟动作。变压器差电流速断的整定值应按躲过变压器初始励磁涌流或外部短路的最大不平衡电流整定。按正常运行方式保护安装处两
10、相短路校核灵敏度，即变压器高压侧短路时灵敏系数大于 1.2。根据继电器的二次电流匹配方程，用单相法在变压器 Y 侧试验时，继电器的动作值应为整定值的 1.5 倍；在变压器 侧试验时，继电器的动作值应为整定值的 3 倍；而使用三相法进行动作值试验时，动作值应与整定值相同。当用单相法在变压器 侧进行继电器动作值试验时，超前相的差动继电器应动作，且动作值应与试验相的动作值相等。由于数字式差动继电器采用内部矩阵算法进行电流幅值与相角的补偿，故应模拟正常运行时三相额定负荷电流，以校验继电器内部极性以及电流幅值和相位是否得到补偿。由于中性点电流在正常运行时相量无法测量，因此对中性点 CT 要进行电流极性试
11、验，并保证其接线正确。3.2 低励保护根据发电机定子电压和电流计算导纳，保护特性完全模拟发电机静稳运行曲线，并取发电机励磁电压作为其失磁判据。其定值 1=0.45 ,1=80; 2=0.49 ；2=90;3=1.1 ；3=100，励磁电压定值 UFD为空载额定电压的 50%，动作特性如下，表 2 邯峰电厂低励保护动作表特性时间无功值（MVAR）方式 1曲线 1+曲线 210S-376/-409方式 2曲线 1+曲线 2；UF小于 UFD1.5S同上方式 3曲线 31S-920对照华北局200MW 以上容量配置的频率异常等保护运行监督管理规定7，失磁保护定值整定必须保证发电机失磁时可靠跳闸，当引
12、入三相同时低电压判据时，500KV 系统一次值不宜低于490KV；220KV 系统不宜低于 209KV；采用机端电压时不低于 85%额定机端电压。由阻抗元件和低电压元件构成的，低电压信号应采用机端电压。动作时限 2 段一般不大于 1.0S，1 段一般不大于0.5S。邯峰电厂低励保护采用导纳原理的，由阻抗元件和低电压元件构成，但低电压信号采用发电机额定空载时励磁电压的 50%，I 段和 II 段在没有低电压判据时动作时间为 10S，在有低电压判据时动作时间为 1.5S，III 段保护动作时间为 1S。对于低励的低电压判别元件采用了励磁电压的判据，全国火电大机组（600MW 级）竞赛第 11 届年
13、会论文集电气34而未采用机端电压，曲线 III 动作时间定值为 1S，此项定值不做修改，因为低励保护保护三段没有低电压闭锁（系统电压、发电机出口电压、转子电压），在外部短路及定子回路故障时，通过检测定子电压（U25V）闭锁此保护。另外，在机组调试时要注意低励保护和励磁低励限制定值配合，防止定值交叉。3.3 阻抗保护发变组阻抗保护为发电机出口相间短路的后备保护，在发电机采用封闭母线的今天，发电机出口短路可能性几乎没有。但对于自并励机组，在短路电流快速衰减时，此保护就很重要了。为防止 PT 二次断线引起阻抗保护误动，其三相电流大于 1.28I/IN 为该保护动作的必要条件，该阻抗继电器动作特性曲线
14、为正方形，阻抗 I 段定值整定为 0.7XT（XT为变压器短路电抗），动作时间 0.3S，阻抗保护还设有电流段，即电流大于 1.28I/IN，延时 4S 出口；同时，还采用低电压自保持的过电流保护，即电流大于 1.28I/IN 后，机端电压低于 70%，即使电流消失后，仍靠低电压保持一段时间，直至保护出口。这是发生短路时，自并励发电机后备保护延时与衰减电流发生矛盾时，采用此方案。阻抗保护为了防止在系统振荡时误动，检测负序电流小于 0.1IN。3.4 限制性接地保护对于非直接接地系统，为提高接地故障时保护的灵敏度，SIEMENS 数字式保护设置了高灵敏的零差保护，即：限制性接地保护。限制性接地保
15、护是通过比较变压器引出电流的零序分量与变压器中性点的零序电流的相位关系构成的，变压器引出电流的零序分量由星形连接的 CT 回路自产获得，图 5 为限制性接地保护原理示意。这种采用相位比较原理的零差保护，对接地故障具有良好的选择性和极高的灵敏度。图 5 限制性接地保护原理示意邯峰电厂在一次区外接地故障时，其限制接地保护误动，通过故障发现电流互感器一次、二次不对应，实际检查发现一次、二次接反，且极性错误。查阅 7UT513 继电器说明书，该继电器在没有完成一次零序试验时，限制接地保护不能投入，检查机组投运时发电机保护一次试验调试报告，未做此项试验，因此将高厂变限制接地保护暂时退出运行；并对所有高压
16、厂用变压器的中性点零序CT 进行检查发现，起备变、四台高厂变均存在同样问题。在机组停机检修时通过用电焊机外加电流源的方法对高厂变限制接地保护进行了一次通流实验，通过一次通流试验，验证了这几台高厂变限制接地保护的接线正确性，现限制接地保护已投入正常运行。4 存在的问题及改进4.1 7UT513 继电器的零序处理 全国火电大机组（600MW 级）竞赛第 11 届年会论文集电气35I0-CORRECTION 为采用主变中性点的零序电流在发生接地时进行补偿，提高保护的灵敏度；I0-ELIMINATION 是采用软件的矩阵变换可进行相位补偿并消除零序电流分量，所以不会在区外接地故障时造成差动保护误动；WITHOUT 是不对变压器零序分量做任何处理。邯峰#2 主变差动继电器曾发生过在外部接地时，发生误动，后来检查定值，其控制字为 I0-CORRECTION，但在一次检查零序 CT 极性时发现二次接反，如果应用 I0-ELIMINATION，可不考虑零序电流补偿，但保护灵敏度降低 1/3。但如果在未用单相接地试验验证其极性时，用该控
