副本溪洛渡水电站水轮发电机组保护配置 (修改后)

发布时间：2020-03-02 09:41:03 来源：范文大全收藏本文下载本文手机版

溪洛渡水电站水轮发电机组保护配置

李光耀，骆佳勇，封孝松，龚林平(溪洛渡电厂，云南永善657300)

摘要：本文介绍了溪洛渡水电站发变组保护主保护的配置方案及组屏方案，列举了发变组所有保护配置，并对发变组保护中的完全纵差保护、单元件横差保护与转子接地保护做了详细介绍。关键词：溪洛渡电站；发变组保护；保护配置；

Hydro generator protection configurationofXiluodu Hydropower Plant Li Guang-yao,LuoJia-yong,Feng Xiao-song,Gong Lin-ping (Xiluodu HydropowerPlant,Yongshan 657300,China)

ABSTRACT: This paper introduces the main protection of the generator-transformer protection and aembling program inXiluodu Hydropower Station,cited all the generator-transformer protection configuration.Andthe differential protection, the unit-transverse differential protection and rotor earth fault protectionare introduced in detail.

KEY WORDS:Xiluodu Hydropower Plant;Thegenerator-transformer;Protection configuration

0引言

溪洛渡水电站左、右地下厂房各安装9台立轴半伞式水轮发电机组，额定容量为770MW。18台发电机出口设断路器（GCB），出口电压为20kV，采用发电机—变压器组单元接线，经主变升至550kV分别接入国家电网和南方电网。发电机采用自并励方式，每台发电机机端均接有1台励磁变压器，左岸2#，3#，5#，6#，8#，9#机组和右岸10#，11#，13#，14#，16#，17#机组各接有高压厂用变压器。

装置提供了发电机变压器所需要的全部电量保护功能，可以实现发电机变压器故障保护、异常运行保护、后备保护等，两套装置可以实现保护完全双重化，操作回路和非电量保护装置单独配置。同时该装置具有设计简洁，整定、维护、调试方便，安全可靠，符合反措要求等优点。

2 发变组保护组屏方案

溪洛渡电站18套发变组保护组屏方式完全相同，组屏方案如图1所示，每套发变组单元由5面屏组成，分别为按双重化配置的发电机、励磁变保护屏PRC85GW-61A、PRC85GW-61B；按双重化配置的主变压器、高压厂变保护屏PRC85TW-51A、PRC85TW-51B和非电量保护屏PRC85TW-51C。此外，各保护屏均配置了RCS-9784A型交换机，与保护信息管理系统通讯。 1发变组保护装置简介

溪洛渡电站相应的发电机、变压器、励磁变及高压厂用变保护选用南瑞继保电气有限公司（简称南瑞继保）生产的RCS-985系列大型水轮发电机变压器成套保护装置。RCS-985型保护装置是根据国家电力公司科学技术项目合同SPKJ010-02研制，采用了以高性能数字信号处理器DSP芯片及32位CPU为基础的硬件系统，是真正的数字式发电机变压器保护装置。该保护***500kV05 06

PR4PR5RCS-974AG发电机复压过流保护发电机定子接地保护（注入式、零序电压、三次谐波电压）

主变复压过流保护主变接地保护

PR3*主变RCS-985TWRCS-9784ARCS-985TWRCS-9784A**高厂变***发电机*PR1RCS-985GW07 08 09 10

PR2RCS-985GWRCS-9784A转子一点接地保护（乒乓切换式和注入式）

主变过励磁保护

发电机定子过负荷保护 PT 断线发电机负序过负荷保护 TA 断线失磁保护失步保护定子过电压保护发电机过励磁保护逆功率保护频率保护误上电保护发电机启停机保护发电机开关失灵保护

主变重瓦斯主变压力释放主变压力突变主变绕组温度过高主变油温过高主变公共箱油温过高主变轻瓦斯主变绕组温度高主变油温高

11 12 13 14 15 16 17 18 **RCS-9784A图1 溪洛渡电站发变组保护组屏方式

3发变组保护配置

溪洛渡电站发电机组分别由3个不同厂

19 轴电流保护主变公共箱油温高家制造,其中左岸电站1#～6#机组由哈尔滨

20 PT 断线主变油位异常电机厂（简称HEC）制造、7#～9#机组由上

21 TA 断线海福伊特水电设备公司（简称VHS）制造、右岸10#～18#机组由东方电机厂（简称DEC）4发变组部分保护简介制造，HEC和VHS机组采用波绕组，DEC

4.1发电机纵差保护机组采用叠绕组。发电机定子绕组结构的不

发电机差动保护的基本原理，如图2所同，使得发电机主保护在各种内部故障时的

示，假设TA

1、TA

2、TA3流入保护装置的电动作灵敏度也不一样。为此，清华大学电机

。 、I、I系对三种不同绕组形式的发电机内部故障流分别为I123进行了全面仿真计算，并以此为基础设计溪洛渡电站机组主保护采用“完全纵差+完全裂相横差+零序电流型横差”配置方案。该方案的的灵敏度，除DEC机组在同相同分支小匝数（匝比3.7%）匝间故障保护有9.9%动作死区外，HEC和VHS机组在内部故障时保护动作死区均很小。

除以上主保护，发变组保护还配置了发电机变压器异常运行保护、断路器失灵保护

等，具体配置如表1所示。

表1发电机、主变保护功能一览表

序号发电机保护功能 01 02 03 04 发电机完全差动保护发电机工频变化量差动保护

发电机裂相横差保护高灵敏横差保护

主变保护功能主变差动保护主变工频变化量差动保护

主变零序差动保护主变负序过流保护

图2 发电机差动基本原理图

当发电机正常运行或外部故障时:

II0 IdI123当发电机内部故障时：

II0 IdI123发电机内部故障时，内部短路电流会产生差电流，保护装置动作。发电机外部故障时，发电机里只流过穿越性电流（负荷电流或外部短路电流），不会产生差电流，保护装置不会误动作。溪洛渡电站差动保护主要包括变斜率比率差动保护、高值比率差动保护和工频变化量差动保护。 4.1.1 变斜率比率差动保护

变斜率比率差动保护提高了稳态差动的灵敏度，并对TA暂态不一致有很好的制动作用，其动作特性如图3所示。

比率差动斜率，定值范围为0.30～0.70，一般取0.50；n为最大比率制动系数时的制动电流倍数。

4.1.2高值比率差动保护

为避免区内严重故障时TA饱和等因素引起比率差动保护延时动作，装置设有一高比例和高起动值的比率差动保护，利用其比率制动特性抗区外故障时TA的暂态和稳态饱和，而在区内故障TA饱和时能可靠正确动作。

稳态高值比率差动的动作方程如下：

Id1.2Ie II|rd4.1.3 工频变化量差动保护

发电机、变压器内部轻微故障时，稳态差动保护由于负荷电流的影响，不能灵敏反应。工频变化量差动保护的设置提高了重负荷情况下内部轻微故障的灵敏度。其动作方程为：

图3RCS-985发电机纵差保护的动作特性

当任一相差动电流大于差动速断整定值时瞬时动作于出口继电器，比率差动保护的动作方程如下：

IdKblIrIcdqdIrnIeKblKbl1Kblr(Ir/Ie)Ir|I1||I2||I3IdKbl2(IrnIe)bIcdqdIrnIeII|Id|I123 Kblr(Kbl2Kbl1)/(2n)b(KKn)nI其中Idt为浮动门坎，随着变化量输出增大bl1blreIII113Ir2 IIIId123式中Id为差动电流，Ir为制动电流，Icdqd为差动电流起动定值，Ie为额定电流。Kbl为比率差动制动系数，Kblr为比率差动制动系数增量；Kbl1为起始比率差动斜率，定值范围为0.05～0.15，一般取0.05；Kbl2为最大

而逐步自动提高。取1.25倍可保证门槛电压

始终略高于不平衡输出，保证在系统振荡和

Id1.25IdtIdthId0.6IrI0.75I0.3IdtedIr2IeIr2Ie频率偏移情况下，保护不误动。Id为差动

Ir为电流的工频变化量。Idth为固定门坎。

制动电流的工频变化量，它取最大相制动。

4.1.4高性能TA饱和闭锁原理

为防止在区外故障时TA的暂态与稳态饱和可能引起的稳态比率差动保护误动作，装置采用高性能TA饱和闭锁，即：采用全新的异步法TA饱和判据，根据制动电流和差动电流是否同步出现，准确判出区内和区外故障，投入抗TA饱和算法。利用变压器、发电机差电流中谐波含量和波形特征来识别电流互感器的饱和。如果装置判断为区外故障，投入TA饱和闭锁判据，当某相差动电流有关的任意一个电流满足相应条件即认为此相差流为TA饱和引起，闭锁比率差动保护。 4.2 发电机高灵敏单元件横差保护

如图4所示，单元件横差保护（零序电流型横差保护）采集的电流为发电机两个中ab性点连线电流，即检测发电机定子第一并联

分支绕组A、B、C三相的中性点与第二并联分支绕组A、B、C三相的中性点之间连线的基波电流。横差保护用作发电机定子绕组的匝间短路、分支开焊故障以及相间短路的主保护。

cTA712345678TA8TA9完全纵差TA1TA2TA3完全裂相横差O1TA0零序电流型横差O2TA4TA5TA6

图4溪洛渡电厂发电机主保护配置情况

溪洛渡电站RCS-985发变组微机保护，采用了频率跟踪、数字滤波及全周傅氏算法，使得横差保护对三次谐波的滤除比在频率跟踪范围内达100以上，确保横差保护不受三次谐波的影响，只反应基波分量。

装置采用相电流比率制动的横差保护原理，其动作方程为：

当IMAXIezd时，IdIhczd 当IMAXIezd时，Id(1KhczdIMAXIezd)Ihczd

Iezd式中Ihczd为横差电流定值，IMAX为机端三相电流中最大相电流，Iezd为发电机额定电

传统单元件横差保护定值大为减小，因而提高了发电机内部匝间短路时的灵敏度。对其他正常运行情况下横差不平衡电流的增大，横差电流保护动作值具有浮动门槛的功能。 4.3 发电机转子接地保护

溪洛渡电站的转子接地保护为双套配置，一套采用注入式转子接地保护原理，另一套采用乒乓切换式转子接地保护原理，两种不同原理之间可以相互验证，正常运行时只投入其中一套，当投入运行的转子接地保护动作报警时，可切换到另一套保护，验证第一套保护的动作行为，提高绝缘检测的可信度。

4.3.1乒乓式转子接地保护

乒乓式切换原理如图5所示

EK(1)ERg流，Khczd为制动系数。

相电流比率制动横差保护能保证外部故障时不误动，内部故障时灵敏动作。由于采用了相电流比率制动，横差保护电流定值只需按躲过正常运行时不平衡电流整定，比

RS2S1RI1I2R1RU1,U2R

图5乒乓式转子接地保护原理图图中S

1、S2为2个电子开关，由微机控制电子开关的通断切换；Rg为接地电阻；K为转子绕组接地点的位置，在距负端发生接地。当S1闭合，S2打开时为状态1，R1两端压降为U；S1打开，S2闭合时为状态2，R'1两端压降为U；设励磁回路直流电动势为E（考虑切换过程中转子励磁电压的变化，新的电动势以E'表示）。

REE'R12Rg3(E'UEU')R13 E'U13(E'UEU')3 在实测采样取得E、E'、U、U'后，就可求得过渡电阻Rg的大小，并确定故障点位置K。这种原理的一点接地保护，由于测量的是稳态电流，所以与转子回路对地电容的大小无关，也与电感无关，因此可以获得很高的灵敏度，但是无励磁电压状态不能工作。

4.3.2注入低频方波式转子接地保护

RCS-985注入式转子接地保护可不改变硬件的前提下，通过软件控制字选择单端注入或双端注入，能够在未加励磁电压的情况下监视转子绝缘。注入电源模块采用内嵌式模块，更加可靠，故障概率低，组屏方便；方波电源的切换周期可根据实际的转子绕组对地电容大小进行整定，切换周期的调整范围宽，确保接地电阻的测量不受转子绕组对地电容的影响。单端注入式原理如图6所示，双端注入式原理如7所示。

图6单端注入式转子接地电阻测量图

图7双端注入式转子接地电阻测量图

5 结语

经过清华大学电机系内部故障全面仿真，溪洛渡电站发电机组主保护的保护配置科学合理，并实现了主保护、异常运行保护、后备保护的保护双重化配置方案，设计简洁可靠，运行维护方便。RCS-985系列发变组保护装置其作为溪洛渡电站的机组保护，充分考虑了机组的具体情况，而且硬件可靠，动作灵敏，理论上能够确保机组的安全稳定运行。2013年溪洛渡电站投产发电，届时保护装置将接受实践的考验。

参考文献

[1] RCS-985系列大型水轮发电机变压器成套保护装置技术说明书.ZL_YJBH2002.0803.南京南瑞继保电气有限公司.2008年2月

[2] 桂林等.大型水轮发电机主保护定量化设计过程的合理简化.电力系统自动化.第31卷第4期2007年2月

作者简介：

李光耀（1986-），男，山东郓城，助理工程师，从事继电保护维护管理工作。Email:liguangyao_2006@163.com

溪洛渡水电站导流洞工程施工安全监理工作之我见