美国GE公司SR系列保护装置在国产300MW机组保护上的应用

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文章摘要： 　　一、SR489发电机管理继电器及SR745变压器管理继电器功能介绍 　　

（一） SR489发电机管理继电器

SR489发电机管理继电器提供了经济的保护、测量和监视功能。它能作为同步发电机和频率为25、50和60Hz的感应发电机的主保护或后备保护。也可以用于保护主要发电机、备用发电机或者联合循环发电机。 　　SR489具有综合的保护功能：差动保护、100%定子接地保护、接地方向过流保护、负序过流保护、高整定值过电流保护、低电压闭锁过流保护、过/低电压保护、过/低频率保护、距离保护和逆功率保护。

一、SR489发电机管理继电器及SR745变压器管理继电器功能介绍

　　（一） SR489发电机管理继电器

　　SR489发电机管理继电器提供了经济的保护、测量和监视功能。它能作为同步发电机和频率为25、50和60Hz的感应发电机的主保护或后备保护。也可以用于保护主要发电机、备用发电机或者联合循环发电机。

　　SR489具有综合的保护功能：差动保护、100%定子接地保护、接地方向过流保护、负序过流保护、高整定值过电流保护、低电压闭锁过流保护、过/低电压保护、过/低频率保护、距离保护和逆功率保护。与同步发电机相适应的保护还包括：过励磁保护、失磁保护、意外加电压保护。

　　监视功能包括：电流有效值、负序电流、电压、三相功率和12个RTD温度输入量。

　　PT断线和断路器运行监视及故障报警。

　　4个模拟量输入可用于监测发电机的振动或控制变送器，4个模拟量输出信道可以被设定为反映任何测量得到的参数，可取代昂贵的变送器。数字量输入可用于通过489为保护、控制和诊断等发送信号。

　　作为事件记录功能，489将捕捉和存储最后40个事件，记录发生的时间、日期和原因。所有的跳闸功能都划归为事件。报警功能可以选择作为事件。测量参数的快速取样将与事件一起读出或在前面板显示屏上查看。

　　当处理故障时，事件记录将是一个很有价值的工具。事件顺序记录可用于指示究竟发生了什么，而测量参数的快速取样使得可以对问题作出完善的诊断。

　　SR489具备波形捕捉功能，SR489对电流和电压输入以每周波12点的速率采样。这些采样被存储在可配置的缓冲器中长达64周波。触发位置的整定允许用户去定义触发前后的缓冲器中的周波长度。

　　跟踪记忆，通过通讯端口，可以从继电器中取出。它可以用与继电器一起提供的489PC显示出来。这使用户在处理故障时可以检查测量信号的数值和相位关系。

　　SR489具有完善的在受电和正常运行背景下进行完善的自检功能，自检出的故障将触发报警。

　　用户界面，包括一个40位字符的显示器和键盘，前面板的22个LED指示灯用于指示SR489、发电机和输出继电器的状态。前面板上一个RS232端口易于计算机相连，后面板上两个RS485端口提供给远程计算机相连。数据传输速率为300~19200bps。三个端口可同时传送数据到DCS、SCADA、PLC或PC。提供基于Windows的支持软件。

　　（二） SR745变压器管理继电器

　　745继电器是基于多处理器的高速的三相式、两或三绕组变压器管理继电器，用于大、中、小型变压器的主保护和管理。

　　装于一个经济型壳体中的745继电器包括比例式差动、过电流、频率和过激磁等保护元件以及监视各次谐波量和总谐波崎变量(THD）等。

　　745提供各种自适应保护功能。自适应的谐波制动 - 防止变压器涌流时误跳闸。自适应的延时过电流元件-当变压器带高次谐波负荷时，根据计算的变压器承受的过电流能力,自动调整过电流的整定值。整定组多达4个—用户可以根据电力系统的运行状况对继电保护的要求动态地进行分组整定。电流互感器变比不匹配修正功能—动态监视变压器带负荷调压分接头并且自动修正电流互感器变比的不平。 FlexLogicTM—像可编程控器(PLC) 的方程式一样，对任何逻辑输入，输出和745的保护元件之间进行逻辑编程。

　　试验模拟方式—745提供强大的试验和模拟功能。继电保护调试人员可以根据745继电器捕捉的或计算机产生的波形数据测试继电器的动作情况。此数据可以被换算成一个数值化的格式并且存到745的模拟缓冲存储器内以便再次读出。

　　波形捕捉功能—记录变压器故障、涌流或报警情况下的波形数据。

　　变压器接线组别自动配置功能－所有CT都接成星形接线，由装置按照设定的变压器接线组别自动补偿。

　　二、铁岭发电厂2号机组保护配置

　　铁岭电厂2号机组（300MW，哈尔滨电站成套设备）在发变组保护改造中，采用了GE公司的的SR系列数字保护继电器（SR489发电机管理继电器及SR745变压器管理继电器）构成了发电机变压器组保护（包括高压厂用变保护），保护配置见图一。

　　全部保护包括两个SR489发电机管理继电器、3个SR745变压器管理继电器及其它辅助继电器按照双重配置的原则分配到保护屏Ⅰ和保护屏Ⅱ中，各屏的保护详细配置情况见表一。

　　从表一中可以看出，整套保护按照《继电保护和安全自动装置技术规程》进行了配置，保护配置比较完善，完全满足300MW机组的保护要求。保护的配置也基本参照原保护的配置，在原保护的基础上增加了距离保护做为后备保护，增加了LPS失步保护。

　　改造后的微机保护将保护直流与开关的控制直流分开，符合了反措要求。并将两个保护屏中发变组保护部分分别设计了直流电源开关，方便了保护的检修维护。在保护配置上，两个SR489发电机管理继电器选用了不同的保护功能，作为互相补充，一旦其中一个保护屏停用检修或出现问题，可以将另外一个保护屏的保护功能启用，使机组不至于无保护运行。

　　两个屏的保护采用的电流和电压互感器尽量分开，单独使用。

　　由于国外保护配置与国内存在一些差异，所以SR489发电机管理继电器保护配置中没有发电机定子匝间保护及励磁部分的保护，所以单独安装了一块电压继电器做为零序电压式发电机定子匝间保护，并将电压继电器接点和匝间保护专用电压互感器的电压断线监视继电器接点做为1BJ数字量输入，并在1BJ中进行逻辑判断。用两块普通电流继电器做为主励磁机过流保护，并将保护接点做为1BJ数字量输入启动时间元件。采用了单独的发电机转子一点和两点接地保护继电器，作为发电机转子接地保护。

　　采用一块SR745变压器管理继电器（5BJ）做为高压厂用变的保护。

　　对发电机电压互感器、220KV系统电压互感器、6KV厂用进线电压互感器分别装设了一块MIV电压继电器做为相应电压互感器的电压监视，并发出相应的电压互感器断线信号和闭锁接点。

　　对于6KV厂用进线分支分别装设了一块MIF电流继电器作为该分支的过流保护。

　　三、部分保护的的原理及实现方案

　　（一）发电机差动保护

　　采用具有双斜率的比例制动式差动保护。配置为双套，每个屏各一套。

　　 其中，为动作电流

　　为制动电流

　　为制动特性斜率。当小于2倍装置额定电流（本装置选择为5A）时为斜率1（Slope 1），大于2倍时为斜率2(Slope 2)

　　（表一）保护配置详细情况一览表

　　保护屏Ⅰ
 　　保护屏Ⅱ
 
　　4BJ（SR489发电机管理继电器）

　　发电机差动保护

　　距离保护

　　逆功率（顺序跳闸）

　　定子85%接地保护

　　冷却器全停

　　失磁联跳

　　发电机过负荷（信号）

　　发电机负序过负荷（信号）
 　　3BJ（SR489发电机管理继电器）

　　发电机差动保护

　　低压过流保护

　　负序过流保护

　　负序反时限保护

　　定子15%接地保护（信号）

　　发电机过电压保护

　　发电机失磁保护（失磁元件做为2BJ数字量输入）
 
　　1BJ（SR745变压器管理继电器）

　　发变组差动及速断保护

　　开关非全相保护

　　主变零序电流、电压保护

　　紧急停机

　　匝间保护

　　失灵启动保护
 　　2BJ（SR745变压器管理继电器）

　　主变差动及速断保护

　　主变零序电流Ⅱ段保护

　　主变重瓦斯保护

　　主变轻瓦斯（信号）

　　主变压力释放（信号）

　　发电机失磁保护
 
　　1YJ（MIV电压继电器）

　　匝间保护断线闭锁（做为1BJ数字量输入）

　　电压互感器断线信号
 　　2YJ（MIV电压继电器）

　　失磁机端电压闭锁（做为2BJ数字量输入）

　　电压互感器断线信号
 
　　SBJ（LPS）

　　失步保护
 　　3YJ（MIV电压继电器）

　　失磁系统电压闭锁（做为2BJ数字量输入）

　　电压互感器断线信号
 
　　LJA、LJC

　　主励磁机过流保护（做为1BJ数字量输入）
 　　5BJ（SR745变压器管理继电器）

　　高厂变差动及速断保护

　　高厂变重瓦斯保护

　　高厂变复合电压闭锁过流保护

　　高厂变压力释放（信号）

　　
 
　　ZJJ(TOV50电压继电器)

　　匝间保护（做为1BJ数字量输入）
 　　2LJ、3LJ（MIF电流继电器）

　　高厂变分支过流保护
 
　　YJ0（TOV50电压继电器)

　　主变零序电压（做为1BJ数字量输入）
 4YJ、5YJ（MIV电压继电器）

　　高厂变低压侧复合电压闭锁（做为5BJ数字量输入）

电压互感器断线信号
 
　　LYJJ

　　转子一点接地保护
 　　
 
　　LRJJ

　　转子两点接地保护（做为1BJ数字量输入）
 　　
 （图一）发变组保护配置图

　　　发电机差动特性曲线

　　（二）匝间保护

　　由于SR489发电机管理继电器保护配置中没有发电机定子匝间保护，所以单独安装了一块数字式电压继电器做为零序电压式发电机定子匝间保护，该数字继电器对三次谐波具有很好的滤除功能，并将电压继电器接点和匝间保护专用电压互感器的电压断线监视继电器接点做为1BJ数字量输入，并在1BJ中进行逻辑判断，实现断线闭锁。逻辑图如下：

　　（三）发电机失磁保护

　　由于SR489发电机管理继电器保护配置中失磁保护只有阻抗部分，根据《继电保护和安全自动装置技术规程》规定，增加了发电机、系统低电压判别以及转子低电压辅助判别。根据不同的动作逻辑动作于切换厂用电、减负荷和解列灭磁。保护动作逻辑图如下。

　　（四）发变组差动及速断（主变、高厂变差动相同）

　　采用双斜率的比例制动式变压器差动保护（以发变组差动为例，相当于三卷变压器）。此差动保护可以根据所选择的变压器接线组别，容量、各侧的电压等级，CT的变比、所选择的变压器分接头等自动进行电流的匹配。

　　其中，为经过移相、CT变比匹配及零序去除之后的最大电流

　　 为经过移相、CT变比匹配及零序去除之后的电流向量和

　　变压器比率制动差动制动特性

　　四、需要注意的几点说明

　　（一）对改造工程，由于新保护对电压电流的相位及所接位置有特定要求，所以在原保护拆除前一定要对原电压电流回路的相位进行测量，以便在改造时确定那些电压电流的极性需要改造以适应新保护的要求。

　　（二）对电压、电流、非电量接点等的二次控制电缆要更换为屏蔽电缆，如条件不允许，至少要保证非电量接点电缆更换为屏蔽电缆（如瓦斯、压力释放、断路器辅助接点、断水等非电量接点）。

　　（三）对重要的非电量接点（动作后立即跳闸，如重瓦斯），要先启动中间继电器，再将中间继电器接点接入保护装置。中间继电器要安装在保护装置处。

　　（四）保护装置型号的选择一定要满足实际使用要求，如匝间保护继电器，最初选择型号为TOV50电压继电器，但此继电器三次谐波滤过比很小，实际测试小于25，后更换为MIV型电压继电器，此继电器为数字滤波，实际测试滤过比大于150以上。

　　（五）由于保护装置提供了方便完善的RS485接口，所以改造时如果DCS能接受并读取保护的详细数据，一定要将保护的各继电器组网并接入，这样可以取消相应的信号继电器。并为运行人员提供详细的保护动作、保护定值等信息。

　　这次的2号机组发变组保护改造，从其基本性能来看，可靠性、灵敏性、快速性、选择性明显得到了加强，保护装置的功能更趋于完善。这些微机或数字式保护装置在检验和维护方面较常规保护方便了许多；GE公司的发电机、变压器保护都可采用便携式电脑及该公司提供的校验程序进行校验，检验调试工作的劳动强度亦大大减轻。

　　但是进口保护的原理较为复杂，给掌握保护的性能和日常维护增加了难度，所以对继电保护维护、调试人员的素质要求比较高，尤其更应将提高运行、检修人员素质列为头等重要的地位。

　　参考文献：

　　[1]GE公司SR745保护说明书。

　　[2]GE公司SR489保护说明书。

　　[3]大型机组继电保护理论基础第二版