进口发变组保护微机化升级改造比较浅析

邹祥杰

【摘 要】进口发电机-变压器组原厂配置的传统电磁型继电保护早已退出继电保护市场，需升级为更快速、更灵敏、更可靠的微机型发变组保护。就国产微机型发变组保护与国外微机型发变组保护技术经济性比较，阐述选择国产微型机发变组保护的可行性。

【关键词】发电机-变压器组 微机保护 换型

【中图分类号】F224-39【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0404-02

一、 前言

基于数字计算机和实时数字信号处理技术实现的电力系统继电保护被称为数字式继电保护，又常被称为微机保护[2]。本厂600MW发变组保护由日本原主机制造厂配置的电磁型继电器组成，采用了分体设计思想，目前该类型继电器已停止生产。由于微型计算机技术地快速发展，使得传统的电磁型继电器早已退出保护市场，故存在保护事故备品难以配置齐全和价格偏贵的问题比较突出。为此，亟待将原有的发变组电磁型保护升级改造为更快速、更灵敏、更可靠的微机型保护。

二、发变组保护换型的必要性和可行性

（一） 必要性

1、 经过咨询，日本原主机制造厂可利用现有库存的配件定做部分继电器的备品，但无法提供同期装置及同期继电器的备品。预估造价折合人民币已超过一百万元，另有两种型号的继电器不含在此报价中。考虑到原厂发变组保护的备品缺乏，故拟将目前原厂电磁型发变组保护逐台更换为微机保护。

2、 目前，本厂主变压器仍采用日本原厂配置的单套保护，不满足国电公司2002年138号文件25点反措要求“大机组必须按照双重化配置，即：发电机、主变及高厂变具有两套完整的的主保护、后备保护”及国家电网生计[2005]400号文件的最新十八项电网重大反事故措施要求[1]。

3、 另根据本厂、省调、设计院联合审查图纸的会议纪要，应增设发电机组横差保护。

（二） 可行性

微机保护具有灵敏度高、可靠性强、维护调试方便、性价比优良等优点，技术已非常成熟。目前，国内外大型发变组保护配置和技术改造升级时普遍采用微机保护。微机保护在电力系统中得到广泛应用。

三、 国内发变组微机保护硬件配置情况

（一） 国内发变组微机保护主要硬件采用情况。

目前，国内发变组微机保护采用航空产品级印刷电路板，印制板上选取的芯片均为进口军品级芯片，大部分芯片为美国制造，经过严格的筛选和老化后，在生产线上生产加工成保护装置的各种插件。其中部分逻辑芯片采用日本、韩国生产的产品。继电器世界知名厂家产品，如松下电工、欧姆龙等。屏柜端子一般采用德国凤凰系列端子。

（二） 国内与国外发变组微机保护核心硬件结构的区别

国内发变组微机保护均采用双CPU结构，“与门”出口方式，彻底杜绝了任何硬件损坏导致的误动。

国外发变组微机保护大多采用单CPU结构，易受干扰误动。

（三） 国内与国外发变组微机保护设计构思的区别

国外发变组微机保护采用分体设计构思，一套发变组保护由很多保护装置实现，存在现场接线复杂，CT需要串接，PT需要并接，二次回路故障几率大大增加。

国内发变组微机保护采用主后一体化设计或主后分离构思，双主双后，将一个发变组单元的全套电量保护集成在一套或两套装置中。对于一个发变组单元，配置双套完整的电气量保护，每套保护装置采用不同组CT，均有独立的出口跳闸回路。一体化设计，CT不需要串接，PT不需要并接，大大简化了回路，CT回路断线几率大大降低，由于装置数量少，误动的几率也降低。

四、 国内与国外发变组微机保护原理差异的简单比较

（一） 差动保护原理

国外ABB发变组保护差动保护采用标积制动原理，该原理的制动特性不能很好的与差流不平衡电流的特征曲线相配合，在区内某些故障情况下存在拒动的可能，保护的灵敏度不高。GE和SIMENS发电机保护均采用常规差动保护原理，检测发电机区内轻微故障的灵敏度有限，其灵敏度受过渡电阻的影响。

国内发变组微机保护采用常规差动保护原理同时，部分保护厂家（如南瑞继保）采用了工频变化量差动保护新原理，消除了正常负荷电流的影响，削弱了过渡电阻对差动保护灵敏度的影响，大大提高了区内轻微故障的灵敏度。此外，还采用变斜率比率差动保护新原理，能够很好的跟不平衡电流曲线相配合，在区内故障时保证最大的灵敏度，在区外故障时可以躲过暂态不平衡电流[3]。

（二） 防止区外故障CT饱和导致的差动保护误动措施

国外发变组保护采用附加制动区的办法来躲区外故障CT饱和或传变特性不一致，该原理在区外转区内故障时差动保护延缓动作，不利于快速切除故障。

国内发变组微机保护均具有完善的异步法CT饱和判据，根据差动保护制动电流工频变化量与差电流工频变化量的关系，明确区分区内故障还是区外故障，如判出区外故障，投入相电流、差电流的波形识别判据，区外故障CT饱和不误动，区内故障CT饱和，装置快速动作。在区外转区内故障时，差动保护仍然能够快速动作。

（三） 横差保护

国外发变组保护横差保护不具有制动特性，定值门槛整定偏高，保护的灵敏度偏低。

国内发变组微机保护采用相电流比率制动式高灵敏度横差保护新原理，保护定值可以安全降低，横差电流定值只需按躲过正常运行时不平衡基波电流整定，区内故障灵敏动作，区外故障可靠制动，大大提高了保护的灵敏度。

（四） 纵向零序电压匝间保护

国外发变组微机保护纵向零序电压匝间保护不具有制动特性，需要经负序功率方向元件闭锁，保护的灵敏度偏低。且由于负序功率方向元件在外部三相短路暂态过程中和频率偏离额定值时可能会误判，导致保护误动。

国内发变组微机保护采用综合电流制动匝间保护新原理，该判据本身就能可靠区分区内、外故障，无需经负序功率方向元件闭锁，纵向零序电压匝间保护只需按躲过正常运行时不平衡基波电压整定，区内故障时灵敏动作，区外故障时保护可靠制动，大大提高了匝间保护的灵敏度。

（五） 转子接地保护

1、转子一点接地保护

ABB采用外加交流电源式转子一点接地保护原理，该原理的计算精度受转子绕组对地电容的影响，保护的灵敏度不高，大概在30K左右。

国内发变组微机保护可提供两种转子一点接地保护原理供用户选择，分别为乒乓式转子一点接地保护原理和有源切换采样式转子一点接地保护原理。两种原理均不受转子绕组对地电容的影响，能精确测量转子一点接地电阻，保护的灵敏度高达80k，且与转子接地位置无关。

2、转子两点接地保护

国外发变组保护均没有设置转子两点接地保护原理，无法提供对转子两点接地故障的保护。

国内发变组微机保护可提供两种转子两点接地保护原理，一种是利用转子一点接地位置的变化量构成的转子两点接地保护原理；另一种是利用发电机定子电压二次谐波负序分量实现的转子两点接地保护原理。

（六） 失磁保护

国外发变组保护的失磁判据比较单一，没有转子低电压判据，失磁保护的可靠性不高。

国内发变组微机保护的失磁保护采用开放式失磁保护方案，阻抗判据、母线低电压判据、转子低电压判据、逆无功判据、减出力判据可以根据需要自由组合，大大提高了失磁保护的可靠性。

五、结论

根据以上综合分析，可以得出以下结论

1. 国内和国外的发变组微机保护在硬件配置方面对比，区别不大；保护功能及原理配置方面对比，国内的发变组微机保护优于国外的发变组微机保护，宜优先考虑采用国内的发变组微机保护；

2. 从经济方面比较，采用国内的发变组微机保护将大大节约成本；

3. 在考虑厂房内发变组保护换型时应同时考虑主变保护双重配置的改善，防止在主变低压侧加装CT或重复投资的现象发生。

参考文献

[1] 国家电力公司.《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》. 2002.

[2] 杨奇逊，黄少锋.《微型机继电保护基础》.第2版.北京：中国电力出版社，2005

[3] 南瑞继保电气有限公司.《600MW机组发电机、变压器保护技术方案》，2005