大型發(fā)電機變壓器組微機保護的運行總結，華東電力集團望亭發(fā)電廠11號發(fā)電機—變壓器組，發(fā)電機為QFSN—300/2，20 kV，300 MW；主變壓器為360 MVA，(236±2×2.5%) kV/20 kV；廠高壓變壓器2臺，20 MVA，(20±2×2.5%) kV/6.3 kV。采用南京電力自動化設備總廠生產(chǎn)的WFBZ—01型發(fā)電機—變壓器組微機保護。
　　1　WFBZ—01微機保護運行情況
　　1.1　動作情況
　　該保護裝置于1996年12月26日**并網(wǎng)，通過168 h試運行，又經(jīng)過一次**消除缺陷和1998年5月～6月的**次大修，在歷時2年的運行過程中，保護全部動作情況見表1。
　　表1　WFBZ-01微機保護動作情況
　　

　　1.2　大型發(fā)電機變壓器組微機保護的運行總結動作分析
　　a.機組在168 h試運行期間，以及試運行通過后的前半年運行期間，鍋爐、熱工、汽機等方面問題特別多，如鍋爐燃燒不穩(wěn)定，主燃料保護失靈，即MFT保護經(jīng)常動作，造成停機、停爐。其逆功率保護1(由主汽門關閉開關量和逆功率1組成“與”門，經(jīng)0.5 s出口跳主斷路器和滅磁開關)先后動作12次，其中1次不正確動作，是在168 h試運行期間，由于熱工輸出的主汽門關閉開關量的常開、常閉接點接反，造成在并網(wǎng)時發(fā)電機瞬時逆功率動作出口停機、停爐，于是暫時停用逆功率保護1。在此期間，當熱工保護動作停機、停爐時，由逆功率保護2經(jīng)30 s延時出口跳主斷路器及滅磁開關，共動作9次，全部正確。另有6次屬機熱工保護動作(由主汽門關閉開關量和AST低油壓組成“與”門)，直接啟動電氣出口跳主斷路器及滅磁開關。
　　在1998年5月～6月機組**次大修期間，*終查明原順序停機用主汽門關閉開關安裝不合理，同時主汽門關閉開關量和AST低油壓組成“與”門直接啟動電氣出口也不盡合理，于是改成主汽門關閉開關量和AST低油壓組成“與”門的回路和逆功率1組成順序停機保護，這樣必須由主汽門已關閉和逆功率保護1動作作為主汽門關嚴的充分條件，實現(xiàn)順序停機、保護出口跳主斷路器和跳滅磁開關。此后機、爐保護動作全部由逆功率保護1進行，其動作全部正確。
　　b.發(fā)電機定子冷卻水斷水保護動作1次。從定子斷水保護本身來說，動作是正確的。由于設計時將斷水保護延時設置于熱工回路中，但實際上熱工回路中無此延時，168 h試運行期間出現(xiàn)冷卻水瞬時波動斷水，造成斷水保護瞬時出口停機、停爐。后在微機保護的軟件中設置定子斷水保護延時，至今該保護運行正常。建議以后對斷水保護的延時就設置在微機保護中，這很容易實現(xiàn)，而在熱工回路中設置此延時，往往會造成某些疏漏。
　　c. 1997年5月26日7點45分，發(fā)電機因某種原因工作于50 Hz手動勵磁狀態(tài)，當時發(fā)電機有功輸出210 MW，無功輸出90 Mvar，機端電壓19 kV，勵磁機主勵電流92 A。此時根據(jù)系統(tǒng)要求，發(fā)電機增加有功輸出，同時未及時調(diào)節(jié)50 Hz手動勵磁，當發(fā)電機有功增至282 MW時，無功逐步進相至154 Mvar，由于電樞反應和接至機端的50 Hz手動勵磁隨機端電壓下降，勵磁反而降至75 A，機端電壓由19 kV降至16.5 kV，發(fā)電機功角由38.2°增至94.3°，定子電流由86.5%In增至113%In，機端阻抗(二次側)由第Ⅰ象限ZF=24.17 ej21.6° Ω迅速進入第Ⅳ象限ZF=11.95 e-j28.5° Ω，ZF進入失磁圓內(nèi)，經(jīng)1 s，失磁保護動作出口，造成停機、停爐。失磁保護動作行為正確。
　　d.發(fā)電機定子匝間短路保護由專用的電壓互感器(TV)開口三角形連接的三相繞組(簡稱開口三角)供匝間保護測量發(fā)電機基波零序電壓。匝間保護的靈敏段，其基波零序電壓整定值為2 V，延時0.1 s；不靈敏段，基波零序電壓整定為4 V；3次諧波制動電壓門檻整定為4 V，制動系數(shù)為0.4。發(fā)電機在各種負荷情況下測得開口三角基波零序電壓小于0.065 V，微機保護顯示屏顯示基波零序電壓小于0.017 V。1997年11月27日18時58分，機組帶有功負荷285 MW，無功負荷140 Mvar，系統(tǒng)內(nèi)無操作也無故障，匝間保護突然出口跳閘。事后分析判斷發(fā)電機定子繞組無匝間短路，于是重新啟動機組，在發(fā)電機滿速后，發(fā)電機升壓至5 kV，10 kV，15 kV，20 kV時，測開口三角基波零序電壓均小于0.017 V，在20 kV時，經(jīng)1 min，開口三角基波零序電壓突升至2.01 V，但一次系統(tǒng)無異常，過后開口三角基波零序電壓又消失，后將發(fā)電機并網(wǎng)，經(jīng)數(shù)分鐘開口三角基波零序電壓又升至1.95 V，停留1 min后又消失。在1997年11月28日發(fā)電機帶230 MW負荷后，測開口三角基波零序電壓為0.95 V，但隨后又消失，此時匝間保護按原定值投入信號，以后經(jīng)長期監(jiān)測，匝間保護開口三角基波零序電壓均小于0.065 V，且匝間保護至今未有動作信號出現(xiàn)。
　　1998年5月～6月機組大修時，曾對匝間保護一、二次回路進行重點檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。但在對接于機端另一組電壓互感器(TV)進行空載特性試驗時，發(fā)現(xiàn)當在電壓小于UN情況下，伏安特性正常，至1.3UN時，TV立刻出現(xiàn)一次繞組匝間短路，從此絕緣未恢復。由此分析，可能該機組TV一次繞組匝間(層間)絕緣本身存在缺陷，在運行中可能有瞬時層間絕緣損壞情況。由于該TV在機端和匝間保護專用TV經(jīng)發(fā)電機中性點中阻抗(5 000 Ω)并聯(lián)，所以該TV一旦出現(xiàn)瞬時層間絕緣破壞，在匝間保護專用TV的開口三角處能測量到基波零序電壓，從而導致匝間保護動作。另外在運行期間，高壓出線近區(qū)曾發(fā)生接地故障，WFBZ—01型保護無任何異常情況發(fā)生。2　初步評價
　　a.通過投產(chǎn)調(diào)試及**次大修試驗，認為WFBZ—01型微機保護調(diào)試方便、簡單、可靠，因此取消了另配一套集成元件保護的方案。
　　b.微機保護改動比模擬保護方便，易于實現(xiàn)。如低阻抗保護增加電流閉鎖時，可以不增加任何硬件設備和回路，而僅在軟件中實現(xiàn)。
　　c.該裝置已投運2年多，未發(fā)現(xiàn)重大缺陷。特別是1998年來，其逆功率保護、失磁保護等均有多次正確動作記錄，其它保護也經(jīng)過幾次區(qū)外故障的考驗，無誤動等異常情況發(fā)生。
　　d.對保護的配置，應充分考慮某一屏停用時，不失去主保護和動作較多的后備保護，建議對某些重要的保護應雙重化配置(包括后備保護)，并應分配在不同屏柜內(nèi)。
　　e.在運行中發(fā)現(xiàn)的問題，很多可以在投運前試驗時發(fā)現(xiàn)和**，所以對該保護在試驗時應列出詳細的試驗項目，試驗時不要漏項，這樣可以減少在投運后出現(xiàn)異常和故障。
　　f.針對已獲得的運行資料，我們對12號、13號300 MW機組保護進行改造，也采用了WFBZ—01型微機保護，并不再配置集成電路保護，為全廠微機網(wǎng)絡化創(chuàng)造條件，使技術更新再上一個臺階。
　　3　大型發(fā)電機變壓器組微機保護的運行總結幾點體會
　　300 MW機組保護自1974年在我廠投運至今，有20余年的運行歷史，300 MW的微機保護運行時間也已有2年多，我們對大機組保護的運行有以下幾點體會。
　　3.1　逆功率保護
　　大型發(fā)電機組保護動作幾率*多的是順序停機逆功率保護。采用微機型逆功率保護后，與過去采用的模擬型逆功率繼電器相比，動作的正確率非常高。一般采用順序停機方式的逆功率保護要求主汽門關閉的開關量必須調(diào)整合理，只有在主汽門關閉位置時接點接通，其它位置接點均應斷開。順序停機保護的延時可取0.5 s～2 s，對以無主汽門關閉的開關量為判據(jù)的逆功率保護延時可為30 s，其逆功率整定值對300 MW機組應為40 MW及以下。另外，逆功率保護不應和任何電氣故障量保護發(fā)生聯(lián)系，即逆功率保護是獨立的。
　　3.2　發(fā)電機轉子一點接地保護
　　早期的雙水內(nèi)冷發(fā)電機轉子引線拐腳容易斷裂，曾引起轉子頻繁一點接地，所以轉子一點接地保護正確動作顯得十分重要?，F(xiàn)在對轉子引線拐腳改進后，拐腳斷裂已基本消除，轉子一點接地現(xiàn)象已十分**。然而轉子一點接地保護卻引起了新的無故障誤動問題增多?，F(xiàn)在采用疊加工頻交流電壓的導納型轉子一點接地保護，或用霍爾元件構成的測量轉子對地等效電導或等效電阻分量的轉子一點接地保護，從理論上講，可不受轉子對地大電容的影響。實際上當軸電刷有較大的過渡接觸電阻時，很容易誤動，如用在大機組上，只要軸電刷的刷架或軸電刷裝配得不夠好、軸電刷的彈簧壓力不夠以及軸電刷接觸有油污等，均會引起軸電刷接觸**，保護易誤動。所以正確的裝配刷架、軸電刷，增加電刷彈簧壓力，及時**油污，對軸電刷進行良好的維護，是消除該保護誤動的關鍵。用乒乓式轉子一點接地保護極易實現(xiàn)。對于旋轉整流勵磁的發(fā)電機，采用定時通過舉刷裝置探測轉子對地絕緣電阻值的方法來實現(xiàn)轉子一點接地保護，其缺點是保護的可靠性依賴于舉刷裝置，同時不能連續(xù)監(jiān)視轉子絕緣性能。
　　3.3　大型發(fā)電機變壓器組微機保護的運行總結轉子兩點接地保護
　　目前大機組大都采用測量機端電壓中的2次諧波分量為判據(jù)的轉子兩點接地保護。在各種正常工況下，300 MW機組機端電壓的2次諧波分量不大于0.15%UN，所以我廠對這類保護2次諧波分量動作值整定為(0.35%～0.6%)UN。由于該保護判據(jù)相當薄弱，在實際運行中，不論是模擬保護還是微機保護都曾有過不同程度的誤動，如無故障情況以及區(qū)外故障時均有過誤發(fā)信號(該保護在我廠投運方式為只投信號)。對于微機型相同原理的保護，由于該機組是旋轉整流勵磁，所以停機時殘壓持續(xù)時間較長，且殘壓頻率已不是50 Hz，該保護停機時均誤發(fā)信號。由于大機組確定轉子一點接地后，都不會連續(xù)運行，所以不會到發(fā)展成兩點接地時才停機檢修。根據(jù)以上情況，對該原理的轉子兩點接地保護只投動作信號是合理的，另外對微機型保護，應開發(fā)新判據(jù)的轉子兩點接地保護較為適宜。
　　3.4　大型發(fā)電機—變壓器組微機保護的運行總結失磁保護
　　我廠曾有過二次勵磁回路的失磁和嚴重低勵現(xiàn)象，其中模擬型和WFBZ—01型微機保護各動作一次，動作行為均正確。失磁保護整定值的選擇也是失磁保護正確動作的關鍵，我們認為按異步邊界圓動作與高壓側低電壓動作組成的“與”門，且整定值取85%UN，以0.5 s動作出口，異步邊界圓以1 s動作出口(以上均應加TV斷線閉鎖)。例如某電廠300 MW機組采用的失磁保護判據(jù)為用高壓側電壓(整定值為85%UN)和異步邊界圓組成“與”門，結果在轉子引線處短路而引起失磁，失磁時系統(tǒng)電壓大于85%UN，機端阻抗雖已進入異步邊界圓內(nèi)，但保護經(jīng)1 s未出口，隨之電壓下降至85%UN，但此時機端阻抗又滑出異步邊界圓，這樣保護又未出口，*后引起整流柜故障，保護經(jīng)4 s出口，使引線嚴重燒壞。但為了減少某些勵磁回路故障引起的停機次數(shù)，可按靜穩(wěn)邊界圓判據(jù)自動減有功出力，按異步邊界圓與系統(tǒng)電壓下降判據(jù)出口跳閘。
　　3.5　大型發(fā)電機—變壓器組微機保護的運行總結定子匝間短路保護
　　目前除定子雙星形中性點引出的機組可以采用橫差作定子匝間短路保護比較完善、可靠外，用其它判據(jù)構成的匝間短路保護，由于故障時判據(jù)不完善，其正確動作率甚低。WFBZ—01型微機匝間保護采用機端專用電壓互感器基波零序電壓為基本判據(jù)，分靈敏段和次靈敏段，其中靈敏段用區(qū)外故障時出現(xiàn)的3次諧波作為制動量。在我廠應用時，曾因機端其它TV層間絕緣瞬時破壞，匝間保護測量到基波零序電壓而動作；還有在區(qū)外故障時受3次諧波制動而匝間保護未誤動的實例。希望有其它判據(jù)，使匝間短路保護更為完善。
　　3.6　大型發(fā)電機變壓器組微機保護的運行總結，過勵磁保護及過電壓保護
　　從多年來運行情況看，大機組保護必須設置可靠和整定合理的過勵磁保護和過電壓保護，特別是當發(fā)電機在滿速升壓過程中，當勵磁調(diào)節(jié)器失控時極易出現(xiàn)危險的過勵磁和過電壓，其過勵磁和過電壓保護要和發(fā)電機、主變壓器等過勵能力較弱的設備配合。如某300 MW機組在空載升壓過程中由于勵磁調(diào)節(jié)器損壞失控，在合上勵磁開關時，勵磁迅速上升，因主變過勵磁，其空載電流導致發(fā)電機—變壓器組比率制動差動保護動作。所以發(fā)電機—變壓器組在空載狀態(tài)，未并網(wǎng)前的過勵磁、過電壓危害特別嚴重。一些過去的機組在這方面也考慮得不多。我們認為須加裝過勵磁、過電壓保護，可以分段設置，也可以按反時限特性和機組過勵磁、過電壓能力配合設置，同時必須設置短時限或0.5 s的上限過勵磁、過電壓保護，以便在并網(wǎng)前發(fā)電機組出現(xiàn)*危險的過勵磁、過電壓時，能快速切斷勵磁，保證機組的**。
　　3.7　低阻抗保護
　　根據(jù)多年運行經(jīng)驗，大機組采用低阻抗作為高壓母線的后備保護，在某種程度上也有一定的意義，但模擬型保護正確動作率很低，特別因裝置內(nèi)、外電壓回路斷線而誤動的情況頻繁發(fā)生。我廠對現(xiàn)在運行的模擬型和微機型低阻抗保護均裝設了電壓回路斷線閉鎖和電流閉鎖回路，至今該兩套保護未有誤動發(fā)生。模擬型保護電流閉鎖元件整定值Idz取(1.1～1.15)IN/0.85；微機型保護的返回系數(shù)比較高，Idz取(1.1～1.15)IN/0.95。
　　3.8　差動保護
　　目前大機組差動保護均已采用起始動作電流小于額定電流IN的比率制動差動保護，也不考慮TA斷線閉鎖。我們認為大機組保護在TA斷線時，當負荷電流達到動作電流，就應由保護動作出口而停機，TA斷線不應閉鎖差動保護而只動作于信號。一般起始動作電流Idz取(0.2～0.4)IN，比率制動系數(shù)取Kz≈0.4(微機保護)，這樣在故障時靈敏度是足夠的，如按理論計算，起始動作電流和制動系數(shù)還可下降，但*好在局部機組上對高靈敏度定值進行試運行，且經(jīng)過多次區(qū)外故障考驗后方可推廣采用。差動保護定值按理論計算與實際運行不符合的情況也屢有發(fā)生，所以采用高靈敏定值(縱差、橫差)*好要慎重一些，避免不必要的誤動。
　　3.9　關于微機保護*大故障電流的考慮
　　根據(jù)目前國內(nèi)微機型元件保護的使用情況，在大電流工況下應注意以下問題：
　　a.電流很大時一次TA飽和對保護特性的影響；
　　b.電流很大時，裝置數(shù)據(jù)采樣系統(tǒng)的非線性如二次TA及A/D轉換器的飽和對保護動作特性的影響；
　　c.電流很大時，按工作在額定電流附近設計的后備保護**計算的適應性；
　　d.需要大電流定值的場合，裝置整定范圍是否滿足要求。
　　我廠使用的WFBZ—01型微機保護裝置，在調(diào)試時發(fā)現(xiàn)廠高壓變壓器電流速斷要求的整定值(此定值大)已超出裝置整定范圍；低阻抗保護在二次電流達125 A時已超出計算范圍。后經(jīng)修改程序，更換二次電流互感器，使保護在*大故障電流且一次TA不飽和情況下能正確動作。
　　3.10　大型發(fā)電機—變壓器組微機保護的運行總結誤上電或啟停機保護
　　電壓等級在220 kV及以下，且一次系統(tǒng)較為簡單的雙母線接線時，對大機組保護可不考慮裝設誤上電或啟停機保護；電壓等級在220 kV以上或一次系統(tǒng)較復雜的大機組保護應考慮誤上電或啟停機保護。