发变线组接线方式下的继电保护配置分析

李振军

(秦皇岛发电有限责任公司，河北 秦皇岛 066003)

0 引言

某电厂300 MW 机组采用发变线组(发电机-变压器-线路组)的接线方式，有效减少了发电厂系统操作的复杂性，简化了电厂的运行管理。该接线方式适用于无发电机电压负荷且发电厂离系统变电所较近的情况，但发变线组主开关即是线路开关，线路发生故障时，线路保护动作会造成机组跳闸。因此，针对线路故障可能对机组造成的影响以及处理过程中需注意的问题，对继电保护配置的合理性做出了分析，并提出了相应的改进建议。

1 设备概况

机组采用如图1 所示的发变线组接线方式。发电机定子引出线通过分相封闭母线与主变相连，中间不设断路器；主变与发变线组主断路器之间不设隔离开关；发变线组主开关通过出口隔离开关与线路相连。

图1 发变线组一次接线示意

发电机采用三级励磁，副励磁机发出的350 Hz 电流经UNITROL-5000 系列微机励磁调节器供给主励磁机定子绕组，主励磁机转子电枢绕组产生的250 Hz 交流电经旋转整流后直接进入发电机转子磁场绕组，供给发电机励磁。在发变线组接线方式下，继电保护配置分为发变组保护和220 kV 线路保护两部分。

发变组保护设有电量保护和非电量保护，其中电量保护采用双重化配置，发变组保护A、B 柜采用南瑞的PCS-985B 发电机变压器成套保护装置。保护A、B 两柜相互独立，并提供发电机变压器单元所需要的全部电量保护，囊括主变压器、发电机、高厂变、励磁机等设备；A、B 柜两套发变组保护各自所用的电压量、电流量来自不同的PT 和CT，主保护、后备保护共用一组CT。保护C 柜为一套非电气量保护，采用南瑞的PCS-974A-G 非电量保护装置，集成了变压器的非电量保护、非全相保护及断路器失灵启动等功能。保护A、B 柜出口对应发变线组主开关不同的跳闸线圈。发变组保护A柜电源取自一组直流，跳主开关Ⅰ组跳闸线圈。发变组保护B 柜电源取自二组直流，跳主开关Ⅱ组跳闸线圈。保护A、B 柜均去跳灭磁开关和厂用电分支开关。发变组保护C 柜跳发变线组主开关Ⅰ、Ⅱ组跳闸线圈，灭磁开关和厂用电分支开关。

220 kV 线路保护配置两套纵联电流差动保护，一套断路器失灵保护。A 柜为RCS-931AM 型纵联电流差动保护装置，采用专用光纤通道；B 柜为CSC-103B 型纵联电流差动保护装置，采用复用光纤通道；C 柜为RCS-921A 型断路器失灵保护。

2 事件经过

2021-08-17T13:00，线路C 相发生单相故障，4 号发变线组2204 开关C 相跳闸，600 ms 后短暂重合；200 ms 后C 相再次故障，发变线组2204 开关三相跳闸，汽轮机主汽门关闭，灭磁开关及高厂变A、B 分支电源开关未跳闸。

3 处理过程分析

3.1 保护动作过程分析

13:00，4 号机发变线组2204 开关跳闸，发变线组控制盘触发“线路RCS-931AM 保护装置动作”“线路CSC-103B 保护装置动作”“线路重合闸动作”光字报警。检查线路保护为RCS-931A保护纵联差动保护动作与CSC-103B 保护纵联差动保护均动作，线路重合闸动作未成功，发变线组主开关跳闸，汽轮机主汽门关闭。灭磁开关未动作跳闸，发电机带厂用电运行。

发变线组2204 开关三相跳闸59 s 后，灭磁开关跳闸；4 s 后，6 kV 工作A、B 段电压迅速下降(降低到73 %额定电压)，快切装置动作，跳开6 kV工作B 段64B 开关，604B 开关自投成功。30 s 后，断水保护动作经600 ms 延时，通过发变组保护C柜跳6 kV 工作A 段64A 开关；39 s 后，手动合入604A 开关，厂用电全部恢复。

灭磁开关跳闸14 s 后，柴油机启动，保安A段恢复供电。6 kV 工作A 段电源正常后，保安段自动切换回工作电源送电，柴油机停运。

通过保护动作过程分析，在线路保护动作只造成发变线组主开关跳闸，主汽门关闭，没有灭磁和切换厂用电，判断与线路保护机组保护的配合存在缺失，没有与发变组保护关联，因此需要从保护配置上进行分析，找到问题的症结所在。

3.2 过程分析

发变线组2204 开关跳闸，主汽门关闭后，灭磁开关、厂用电源开关均未跳闸，为防止设备损坏，运行人员应立即手动拉开灭磁开关，将发电机灭磁。因在处理过程中没有及时灭磁，随着机组转数下降，机端电压不断下降，当转数下降到2 100 r/min 时,机端电压下降到额定电压的73 %，此时6 kV 厂用电压已不能保证转机的正常运行。

因机组已跳闸，主汽门已关闭，机组转数下降，已经不符合快切装置的并列倒换条件，只能采用瞬切联动法将厂用电切至备用电源。瞬切联动法倒换厂用电是机组跳闸后，倒换厂用电的唯一方法，即保持快切装置运行方式的切换把手在“工作”位置或备自投把手在“投入”位置，拉开厂用电工作电源开关，备用电源开关自投。机组跳闸时，不允许使用快切装置并列倒换厂用电或手动并列倒换厂用电，因使用快切装置后，厂用电备用电源开关已经没有同期闭锁，在任何条件下都可以手动合入备用电源开关，如工作电源开关未断开，合入备用电源开关，会造成用启动变带发电机运行，过流保护将触发启动变跳闸，机组彻底失去厂用电，会进一步延长事故处理时间，并可能损害变压器。

因运行人员利用快切装置并联切换倒换厂用电，手动操作将6 kV 工作A 段快切装置切换把手切至“启动”位置，快切装置未动作，致使6 kV工作A 段失去了低电压自投的机会，132 s 后才人为投入备用电源开关，恢复6 kV 工作A 段的供电。

4 存在问题及解决方案

4.1 保护配置问题分析

在线路保护的原始设计上，线路保护动作后只将发变线组主开关跳闸。在保护传动中发现，如果只跳开主开关，机组仍会继续运行，突然的甩负荷会使机组发生超速，对机组的运行安全不利，因此增加了线路保护动作联动关主汽门的功能，同时保护设计上还设置有热工保护，即主汽门关闭后，利用热工保护经发变组保护C 柜直接联跳主开关、灭磁开关、厂用电分支开关。经过实战检验，这种“机电大联锁传动”是可行的，可以保障机组在线路保护动作后的安全响应。

《国家电网公司发电厂重大反事故措施(试行)》要求在机组大联锁保护中，汽轮机跳闸必须通过程序逆功率保护联跳发电机，禁止直接联跳。依据该文件取消了热工保护，启用了发变组保护A、B 柜的程序逆功率保护。取消热工保护后，若再次出现线路保护动作跳闸，因发变线组主开关已跳闸，程序逆功率保护不具备启动条件，保护不会启动，因此就没有了灭磁和厂用电切换的保护功能；且机组与线路同时停运的机会很少，线路保护与发变组保护传动未能有机结合，致使一直未能发现在热工保护取消，线路保护动作后存在不能灭磁和厂用电切换的隐患；同时，线路长度较短，所经路途障碍少，在此次事故前只出现过一次线路跳闸，线路的稳定运行也掩盖了隐患的存在。

因发变线组的保护配置上存在缺失，提升了运行人员在事故处理上的难度，使事故处理过程更加复杂，也增加了设备损坏的危险。

4.2 励磁调节器问题分析

经检查UNITROL-5000 系列微机励磁调节器数据，未发现造成发电机灭磁的保护动作记录，因厂家不提供保护逻辑图，给分析带来了一定的困难。在前期的等级检修中，为确定灭磁开关跳闸的原因，进行了诸多模拟试验，也未找到跳闸的全部原因；后续咨询厂家，也未给出合理解释，导致隐患一直存留。因调节器已到使用年限且存在使用不便的问题，对调节器进行更换，从根本上解决了此问题。

4.3 改进方案

综上分析，需要将保护配置进行优化，以实现主开关跳闸后，将灭磁开关、厂用电开关全部联跳，以保护设备安全。从线路两套光纤纵联差动保护(CSC-103B 保护、RCS-931AM 保护)跳闸出口各引出一对保护出口三跳接点，在两套保护柜各设一个“三跳切机”出口压板，两路三跳切机回路并联后送至发变组非电量RCS-974 保护柜，作为保护的开入信号。在发生线路保护动作跳闸后，任一套线路保护动作，均可将三跳切机动作信号送入发变组保护C 柜，作为保护的开入信号经“系统联跳”压板送入保护C 柜，利用保护C 柜作为载体去启动跳闸。保护C 柜出口设为全停：跳发变线组主开关、发电机灭磁开关、厂用电A 分支开关、厂用电B 分支开关、关主汽门。系统联跳开入信号启动后，通过保护C 柜的跳闸矩阵，实现机组的全停，以达到机组解列、灭磁、关主汽门、厂用电切换的目的。

4.4 应用

2022-08-16T16:24，4 号发变线组再次因线路故障跳闸，触发“相关线路保护动作”“系统联跳”光字牌报警以及厂用电控制盘“4 号机6 kV A 段快切装置动作”“4 号机6 kV B 段快切装置动作“光字牌报警。检查保护室线路RCS931 纵联差动保护柜，显示“电流差动保护”动作,线路CSC-103B纵联差动保护柜和线路RCS921 断路器保护柜中TA、TB、TC 报警灯亮；发变组保护C 柜“系统保护联跳”报警灯亮；发变线组主开关2204 开关跳闸，灭磁开关跳闸，6 kV 厂用电快切动作正常。

对动作过程进行了分析，从线路保护动作到发变组保护C 柜启动，均准确实现了改进方案的设计功能，验证了保护回路改造的正确性。

5 结束语

鉴于发变线组接线方式的特点，线路故障会造成机组解列等后果，运行人员应孰知机组解列后对厂用电和机组励磁的处理原则，并且确保保护配置齐全可靠，及时发现并处置缺陷和设备隐患，才能在事故过程中有效保证机组和主要设备的安全。