ABB REG216发变组保护在 600 MW机组中的运用

何伟文

(国电湖南益阳发电有限责任公司,湖南益阳 415300)

1 保护介绍

REG216发变组保护是瑞士 ABB公司生产的微机型保护,可以用作小型、中型及大型发电机的保护,也可用作大型电动机、变压器馈线的保护。其保护由以下基本单元构成 (如图 1所示)。

图 1 REG216发变组保护基本配置图

(1)辅助直流电源单元 216NG62

所有的电子单元及 I/O模块已设计为带冗余辅助直流电源运行。只要有 2个 24V电源中的任一个,就可保证所有设备的功能正确运行。

(2)保护处理单元 216VC62a

所有可用保护功能及逻辑功能均以软件功能库的形式保存于 216VC62a处理单元中。所有用户整定值及保护配置和保护功能的输入输出通道配置也保存于该单元中。

保护将一次系统模拟量转换成数字量,通过该单元连续地同保护功能起动值相比较。如果保护功能起动,则由该单元中所安装的将保护功能确定输出单元的信号及跳闸命令,通过 B448C总线分配给 216AB61输出单元的相应通道,或分配给216DB61输入信号及跳闸单元的相应通道。

(3)模拟量输入单元 216EA61和模拟量采集单元216GW61

216EA61输入单元接受来自 216GW61输入变换器模块的模拟量测量变量信号,并对其进行数字化处理,将信号传送给 B448C总线。该单元最多可以有 2个 216GW62输入变换器模块与 1个216EA61输入单元相连。

216GW62输入变换器单元包含有 12个输入TA及 TV,直接与一次系统的 TA,TV相连,可以对模块中的 TA,TV类型及额定值进行选择。其中有 1个专用的测量 TA,使得对电流的测量更加准确 (用于逆功率保护)。

(4)二进制输出单元 216AB61

该单元将保护功能起动所产生的信号传送给216GD61A输出继电器单元中的中间继电器 K1～K16,以用于远方发信。该单元有 32个输出通道,1个 216AB61单元可控制 2个 216GD61A输出继电器单元。

(5)二进制输入及跳闸单元 216DB61和继电器及光耦模块 216GD61a

二进制输入及跳闸单元 216DB61由 16个输入通道及 8个输出通道组成。输出通道用于将激活的保护功能的跳闸命令传送给 216GD61a跳闸继电器模块。从 216GD61a输入继电器模块得到外部信号,它通过总线将外部信号传送给 216VC62a处理单元。

继电器及光耦模块 216GD61a由 16个光耦输入、8个跳闸继电器、16个发信继电器构成。

(6)继电器单元

保护装置最终的信号输出及跳闸出口是由专用的信号继电器和跳闸出口继电器构成。一些直跳回路是通过二极管单元来组成相应的跳闸矩阵。

2 保护原理及分析说明

2.1 变压器差动保护

保护采用灵敏度更高的标积制动式纵差保护,如图 2所示。

图 2 变压器差动保护动作特性图

2.1.1 比率制动方程

式中 α为 I′1与 (-I′2)的夹角 。

对于两绕组:I′1=I1I′2=I2

对于三绕组:I′1=MAX(I1,I2,I3)I′2=IΔ-I′1

2.1.2 动作特性分析

对三绕组变压器,制动电流由 2个绕组的电流导出,而不是由 3个绕组的电流导出。对于穿越性故障来说,使用 3个绕组中有最大电流的 2个绕组电流作为制动电流以达到最好的稳定性。

制动电流由下面的等式定义:

角度值为 α=∠I1-I2

图 3～5为变压器各情况下的矢量图。

(1)变压器在正常运行时 (图 3),差动保护中两侧夹角 α为锐角,cosα＞0,制动电流存在,差动保护处在比率制动区。

(2)变压器处于穿越性故障时 (图 4),根据制动电流等式,对穿越性故障 α=0,制动电流 IH变为对较高的穿越性故障电流可能会引起 TA饱和,为此当IH/IN＞b时 (I1,I2也高于 b值时),将差动保护特性曲线的斜率切换为无限值。只有I′1/IN或I′2/IN＜b时,该特性才切回到原设定的斜率,有效地防止区外短路,尤其是在变压器出口附近短路时,由于各侧的 TA特性不一样而引起差动保护误动。

(3)变压器发生内部故障时 (图 5):a.从一侧馈入时 (I2=0),IH=0;b.从两侧馈入时(α=180°),IH=0。此时,变压器差动保护的动作灵敏度最高。

2.1.3 在实际工程运行中,变压器幅值补偿系数a1和 TA变比过大时的处理方法

幅值补偿系数 a1用于补偿被保护机组的额定电流与 TA额定电流之间的差别。幅值补偿系数 a1本身整定范围为 0～2.2,通道系数 γ1整定范围为0.5～2。

在大型发电机组中,为了适应回路中可能出现的最大负荷电流和满足短时热稳定和动稳定电流要求,可能会选择变比较大的 TA,在变压器容量较小时,差动保护整定时就会出现平衡系数较大而无法整定的情况。

益阳电厂二期工程 2×600 MW机组的脱硫变就出现了因变比过大、变压器容量较小而无法整定的情况 。解决方法如下:

脱硫变参数:SN=20 MVA,高压侧 TA变比6 000/1A。高压侧 UN=20 kV。按正常计算:

IN=20 000/×20)=577.37A

a1=6 000/577.37=10.39

γ1=1

高压侧参考定额电流为

INC=ICTN×(γ1/a1)=0.096 A变压器差动保护的启动电流为:0.5IN=0.048 A。

幅值补偿系数可以通过通道系数调整,但调整后最大整定范围为 0～4.4。这样,平衡系数就无法整定,变压器差动保护则无法投入运行。这时,可以重新设定变压器参考容量,解决方法如下:

设参考容量

幅值补偿系数 a1=6000/1 385.68=4.33

将通道系数设定为 γ1=0.5,则幅值补偿系数 a1=2.17,这样,定值就可以设定了。高压侧参考定额电流则变为

而变压器差动保护的启动电流可设为 0.2IN=0.0462 A,误差为 -3.75%。对于差动保护而言,这种误差是可以接受的。

2.1.4 保护校验注意事项

变压器差动保护各侧测量的二次电流均参考到各侧的参考额定电流,也就是说,以各侧的参考额定电流为基谁,然后进行差流、制动电流分析,判断是否动作,这就不存在以哪一侧为基准的说法,计算也相对简单了许多。

2.2 逆功率保护

汽轮发电机组在主汽门关闭之后,发电机变成电动机运行。有功损耗约为 (1%～1.5%)PN,汽轮机有功损耗约为 (3%～4%)PN,所以逆功率总值约为 (4%～5.5%)PN。考虑到主汽门已关闭但尚有一些蒸汽泄漏时,由系统倒送的功率值可能小于 1%PN。这就要求逆功率保护要有高精度的反映,所以建议使用计量组的 TA和 TV,并且对 TA,TV的角度误差进行测试,再通过保护软件进行角度补偿,以便更精确地进行逆有功测量。

对于本厂逆功率保护,它是采用线电压和相电流组成逆功率保护 (保护装置有专用的测量 TA)。重点是弄清参考功率、相位校正补偿、特性角及保护计算功率的公式,这是保护定值计算和保护装置校验的基础。

(1)相位校正补偿:该整定用于对相位差进行补偿。当 TV,TA之间的相位差对低功率因数的有功功率测量有较严重的影响时需要进行补偿。

(2)特性角:最大灵敏度时电压与电流之间的角度,根据 TA,TV的接线方式整定。

(3)参考功 率:PN=U发电机额定×I发电机额定×cosΦ

(4)测量功率:PN=UBC×IB×cosα

2.3 扰动记录器

用于记录保护功能起动时的电流、电压波形及测量功能变量。保护提供有一个由电池供电缓冲,容量为 64 KB的存贮器,以允许在最大约 3 s的时间内记录 12个模拟量信号及 16个开关量信号。为了保证存贮器不被无用的数据所填充,只有在有起动信号 (触发信号)之后才进行记录。每次产生起动信号时,在预定义的时间段内对数据进行记录并作为一个 “事件”对记录加以保存。因此,根据相关时间的定义,存贮器大约可有记录 1～56个事件的存贮容量。但其录波图形需要专用读图软件才能打开。

3 维护注意事项及说明

3.1 保护装置开关量、模拟量的输入都采用全封闭的金属盒子,可以在很大程度上抵抗各种电磁波的干扰。

3.2 REG216保护装置构成元件较多,尤其是跳闸出口继电器和信号输出继电器,其布线较多,回路查找比较复杂。对于保护装置校验,不仅要校验REG216保护本身,还要对其信号、时间、中间出口继电器进行校验,包括机械检查、绝缘、动作电压、返回电压、动作功率、触点接触情况等一系列的检查,工作量大,需要精细维护。

3.3 保护装置本身没有显示屏,一些实时的模拟量采样只有通过数据线和电脑相连查看。要注意的是,连接装置时,先插好数据线再打开程序,断开数据连接时要先关闭程序,再拨出数据线。另外,REG216保护本身信号灯、信号继电器、出口继电器的功能需要做大量的标识。

3.4 REG216保护装置在定值下传时较慢,而且在定值传输时可能会发生错误,这些错误可能会造成保护无法 “就绪”,导致保护无法运行。此时,只有通过 “清空程序”的方法来恢复最初设置,再重新下装定值。

3.5 REG216保护装置的定值项较多,需要继电保护人员对定值精心维护。

3.6 CAP2-316软件只能设置 48个保护功能块,其中包括 FUPLA程序。有些保护仅依靠一个保护功能块是无法实现的,需要 FUPLA将几个功能块的各种输出信号联合在一起,实现需要的保护。所以,在进行发变组定值管理工作时,其 FUPLA程序也要进行备份,并分清修改日期,以便还原。由于应用于大型机组,需要的保护较多,在 REG-216保护中会出现保护功能不够的情况,这也只能靠加装保护来满足整个发变组保护功能的需要。

3.7 此保护由于模块较多,所以体积较大,需要比标准保护屏更大 1号尺寸,在保护改造时需要注意。

〔1〕王维检 .发电机变压器继电保护应用 〔M〕.北京:中国电力出版社,2005.