克田水电站发变组保护改造必要性分析及设计

吴小燕 任洪剑

摘   要：继电保护装置为检测、隔离和终止主要电气设备的故障和事故而设置，是水电站正常运营的重要保障。目前克田水电站主变保护单套配置、发电机保护主后一体化结构不满足国家规程、行业规范的要求，也不满足电网反措要求。同时，克田水电站发电机、变压器保护装置运行至今超过10年，且设备故障频发，对水电站运行是非常不利的。本文介绍了克田水电站发变组保护改造的必要性及设计方案。

关键词：水电站  发变组保护改造  分析与设计

中图分类号：TM62                                 文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2020）06（c）-0053-02

1  工程概况

1.1 电站概况

克田水电站坝址位于禄劝县翠华乡克田村旁的普渡河干流上，厂址位于禄劝县九龙乡大石房村下游，有省道公路和县乡公路与昆明连接，厂址距昆明约140km，克田水电站共装有3台单机容量为33MW的立轴混流式水轮发电机组，总装机容量99MW。多年平均发电量4.06亿kW，年利用小时数4511h，保证出力13MW（P=90%），为三等中型工程。3臺机组全部于2009年7月投产发电。

克田水电站发电机电压为10.5kV，经主变升压至220kV后接入系统。发电机与变压器间的连接为单元接线。220kV侧为单母线接线，出线一回至中屏变电站。发电机出口装设真空型发电机专用断路器，在机组停机时，可实现从系统倒送厂用电源，机端厂用变压器的一次侧采用真空型断路器。

1.2 发变组继电保护现状

目前发电机、主变的保护均为单套配置。

每个发变组配置有型号为DGT801的发电机主后备保护装置1套，型号为DGT801C的主变差动、后备、非电量一体化保护装置1套，型号为LY-31的发电机出口断路器操作箱1套，型号为LY-33的主变高压侧断路器操作箱1套，型号为DGT801C的厂变保护装置1套。

其中，每台发电机保护装置、发电机出口断路器操作箱组一面屏，共计3面屏布置于中控室;主变保护装置、主变高压侧断路器操作箱组一面屏，共计3面屏布置于中控室;2台厂变保护装置、1台坝区变保护装置及一台400V备投装置组一面屏布置于中控室。

2  发变组保护现存问题及改造必要性分析

2.1 发变组保护现存问题

克田水电站为2009年7月投产发电运行，主变电气量保护为单套配置，装置为主后备电量保护及非电量保护一体式保护结构，自建成运行至今。此配置不满足《继电保护和安全自动装置技术规程》（GBT14285-2006）第4.3.3.3条规定：电压为220kV及以上的变压器装设数字式保护时，除非电量保护外，应采用双重化保护配置。不满足《水力发电厂继电保护设计规范》（NBT35010-2013）第5.1.2条规定：220kV及以上电压等级或100MVA及以上容量的变压器，除非电量保护外，应装设双重化保护。也不满足《南方电网电力系统继电保护反事故措施汇编》（2014版）第3.3.1条规定：220kV及以上电压等级的主变压器微机保护应按双重化配置（非电气量保护除外）。

发电机保护采用主后备一体式保护装置不满足《继电保护和安全自动装置技术规程》（GBT14285-2006）第4.1.12.1 条规定：对仅配置一套主保护的设备，应采用主保护与后备保护相互独立的装置，《水力发电厂继电保护设计规范》（NBT35010-2013）第2.0.15条对此规定相同。

目前的主变保护装置服役近10年且设备故障频发，曾出现过以下故障和设备缺陷：

（1）IO板曾经多次出现故障告警总出口继电器烧毁，导致保护告警信号继电器无法工作;

（2）CPU C板多台设备出现故障，已经集中更换过一次;

（3）IO板硬件检测层多次自检报错，经更换IO板后恢复。

按照规定微机保护装置的使用年限一般不低于12年。目前克田水电站发电机、变压器保护装置运行至今超过10年，在规定使用年限内，即将达到南网规定的技改年限。

2.2 发变组保护改造必要性分析

克田水电站主变保护单套配置、发电机保护主后一体化结构不满足国家规程、行业规范的要求，为此需要技改。电网反事故措施的实施执行以防止电力生产安全事故事件的发生、保证电网及设备的安全稳定运行为原则，在贯彻落实反措的过程中仍应执行相关规程、规定和标准，过去颁发的反措与相关标准、规定有抵触的，应按反措执行。

继电保护装置为检测、隔离和终止主要电气设备的故障和事故而设置，是水电站正常运营的重要保障，必须要保证其安全、准确和可靠，否则会引起主要电气设备的误动或拒动，带来机组非停以及设备和人身的安全事故，影响电站正常生产、降低电站经济效益。

3  发变组改造技术方案

全新配置两套双重化电气量保护，主变保护装置配置更新为单台变压保护装置为2个新保护柜，其中A柜安装A套主后一体式保护装置、主变高压侧断路器操作箱，B柜安装B套主后一体式保护装置、非电量保护装置，三台主变合计6个新保护柜。

3.1. 主变压器继电保护改造方案设计

主变压器的电气量保护按双重化配置，两套保护装置独立安装在A、B两面屏内，每套装置均配置完整的主、后备保护功能，同时两套保护之间的交流电流、直流回路及电源系统、出口回路完全独立。主变压器配置一套独立的非电量保护，保护设置独立的电源回路和出口跳闸回路，与电气量保护完全分开，安装在B屏中，非电量保护出口不启动失灵保护。每套电气量保护应分别作用于断路器的两个跳闸线圈中的一个跳闸线圈，一套非电量保护的跳闸输出回路应同时作用于断路器的两个跳闸线圈。

主变压器配置一套 220kV断路器分相式操作箱，操作箱应具有双跳闸线圈输出回路，操作箱安装在A屏中。

每套保护装置应带有不少于5个直跳回路，直跳回路出口应有相应的信号输出。

3.2 发电机继电保护改造方案设计

克田水电站3台机组单机容量均为33MW，目前发电机电气量保护单套配置，相关标准、规范均未要求该容量的水电机组需要双重化配置电气量保护，电网反措也未对此进行要求，故克田水电站发电机电气量保护仍然按照单套配置。

为发电机配置单套电气量保护，设置主保护和后备保护，采用主保护和后备保护相互独立的装置。每套保护装置应带有不少于5个直跳回路，直跳回路出口应有相应的信号输出。每个发电机-变压器组单元配置一套机端10.5kV断路器三相操作箱，操作箱应具有双跳闸线圈输出回路。发电机主保护、后备保护装置、发电机出口断路器操作箱统一安装于一面柜中，布置于中控室现有发电机保护屏处。

3.3 励磁变继电保护改造方案设计

励磁变高压侧设置有电流互感器，未设置断路器，死接在发电机出口母线上，为其设置继电保护，单套配置，其保护功能可以集成在发电机保护中。

4  结语

目前克田水电站3台220kV主变保护为单套配置，不满足规范和反措要求，对其进行改造，设置两套双重化电量保护、一套非电量保护是必要的。为3台主变配置两套双重化电量保护、一套非电量保护，在可靠性、便利性和整体经济性上均具有优势。同时克田水电站3台发电机保护运行超过十年，即将达到南网要求的技改年限，在对主变保护进行改造的同时一次性对发电机保护进行改造是合理和必要的。

参考文献

[1] GBT14285-2006，《继电保护和安全自动装置技术规程》[S].

[2] NBT35010-2013，《水力发电厂继电保护设计规范》[S].

[3] 《南方电网电力系统继电保护反事故措施汇编》（2014版）[S].