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GE发变组保护二次接线及逻辑设计的分析与改进


第 32 卷 第 8 期 2011 年 8 月 中图分类号: TM 645. 2 文献标志码: B

电 力 建 设 Electric Pow er Construction
7229 ( 2011 ) 08-0107-04 文章编号: 1000-

Vol. 32 , No. 8 Aug , 2011·107·

/>GE 发变组保护二次接线及逻辑设计的分析与改进
刘健
( 华能玉环电厂, 317600 ) 浙江省台州市,

Analysis of and Improvement on Secondary Wiring and Logic Design of GE Generatortransformer Unit Protection
LIU Jian
( Huaneng Yuhuan Pow er Plant, Taizhou 317600 , Zhejiang Province, China) ABSTRACT: There are many problems in the secondary wiring and logic design of GE generatortransformer unit protection since the four units successively putting into operation in Huaneng Yuhuan Power Plant. It is analyzed and improved about the generatortransformer unit protection, such as starting fast cut back of auxiliary power, zeropower triping of the line section, overexcitation protection of generator, secondary circuit wiring and logic design. It is shown that the protection functions are more perfect,effectively ensuring the safety of power system. KEYWORDS: generatortransformer unit protection; secondary w iring ; protection logic; fast cut back; zero pow er; overexcitation 摘要: 华能玉环电厂自 2007 年 4 台机组相继投产以来, 在 GE 发变组保护二次回路接线设计及 GE 发变组程序逻辑设置方 面存在较多问题。对发变组保护启动厂用电快切、 线路断面零 发电机过激磁保护二次回路接线及逻辑设计存在的 功率切机、 问题进行分析和改进, 使发变组保护功能更加完善, 有力地保 证了电力系统的安全生产。 关键词: 发变组保护; 二次接线; 保护逻辑; 快切; 零功 率; 过 激磁 doi: 10. 3969 / j. issn. 10007229. 2011. 08. 023

不符合电力安全生产的实际需要。 面存在较多问题, 本文主要对发变组保护启动厂用电快切 、 线路断面零 发电机过激磁保护二次回路接线及逻辑设 功率切机、 计方面存在的问题进行分析和改进 , 以提高继电保护 设备的综合性能。

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发变组保护启动厂用电快切现状

华能玉环电厂在设计时仅有 1 台高备变, 且其容 量只等同于 1 台高厂变的容量, 而 4 台机组在额定出 力运行时, 全厂 6 kV 工作母线共有 16 段在运行。 因 为了防止 2 台及以上机组在事故时, 超过 4 段厂 此, 用电 6 kV 工作母线负荷切至高备变备用母线段, 而 导致高备变过负荷, 在 4 台机组的 GE 发变组非电量 保护屏 6 kV 厂用电快切启动回路中设计了相互闭锁 回路, 利用高压备用变压器 6 kV 备用进线开关的辅 助接点和新增设压板的投切配合, 对发变组非电量保 结合机组运行时的实际 护屏二次回路接线进行改进, 负荷情况, 限定最多只允许同时有 4 段 6 kV 工作母 线负荷切至由高备变接带。发变组保护启动、 闭锁厂 用电快切接线如图 1 所示。

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引言

华能玉环电厂 4 × 1 000 M W 火电机组采用美国 海盐力源公司的 GE 发变组保护。 每台机组按发电 500 kV 升压站为一 机 - 主变压器单元制接线方式, , 1 个半断路器接线方式 台高压备用变直接从 500 kV 双母线引接电源到 6 kV 厂用电备用系统母线; 每台 机组有 2 台高压厂用变, 高压厂用变高压侧接至发电 A2 、 B1 、 B2 机出口封闭母线上, 低压侧分别接至 A1 、 厂用工作母线段上。 电力系统对继电保护最基本的要求是: 选择性、 [113 ] 。 华能玉环电 速动性、 灵敏性、 安全性和依附性 厂自 2007 年 4 台机组相续投产以来, 在 GE 发变组保 护二次回路接线设计及 GE 发变组程序逻辑设置方
图1 Fig. 1 发变组保护启动、 闭锁厂用电快切接线 Wiring for starting generatortransformer unit

protection and locking auxiliary power fast cut back

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第 32 卷

二次接线设计分析与改进 图 1 是以 1 号机组发变组保护启动厂用电 6 kV

上压板外, 还要在其他机组非电量保护屏上将 “解除 ” 闭锁压板 投入。 比如 1A1 段母线备用进线开关因 除了要将 1A1 段快切装置上压板退 故转冷备用状态, 出, 还要在 2 ~ 4 号机非电量保护屏上将解除 1A1 段 闭锁压板投上。 4 台机组 通过对上述二次接线改进的分析可知, 中有任 1 段 6 kV 工作母线负荷切至高压备用变接带 后, 其他 3 台机组的同名 6 kV 工作母线负荷就不能 再切至高压备用变接带, 有效地解决了高压备用变作 为全厂 4 台机 6 kV 工作母线负荷备用时, 高压备用 变过负荷的问题。

1A1 段快切回路为例增加的二次回路接线部分 , 其中 14GLP 为无条件启动快切压板, 15GLP 为带条件启 61 ~ 63GLP 为解除闭锁压板, 71GLP 为 动快切压板, 4A1 、 3A1 、 2A1 备用进线为 6 kV 开关 投入闭锁压板, 20GJ 为新增继电器用以扩展接点启动和 辅助接点, 闭锁快切装置。 其余机组及各段母线启动及闭锁快 切二次回路接线只要将解除闭锁回路备用进线开关 辅助接点名称作相应更改即可。 发变组保护启动快切回路: 当有启动快切信号发 出时, 如 14GLP 压板投入, 直接无条件出口启动快切 装置; 如 15GLP 压板投入, 通过串入常开接点 20GJ 闭合后, 才能出口启动快切装置。 发变组保 护 解 除 闭 锁 回 路 : 3 个 常 闭 接 点 分 别 3A1 、 2A1 段 备 用 进 线 开 关 是 6 kV 工 作 母 线 4A1 、 的位置反馈 , 当某个备用进线开关合上即某台机快 切 装 置 有 切 换 时, 其 备 用 进 线 开 关 常 闭 接 点 打 开, 20GJ 继电器失电 , 常开接点 20GJ 打开 , 经闭锁接点 启动 快 切 回 路 ( 15GLP ) 不 能 出 口 ; 同 时 常 闭 接 点 20GJ 闭合 , 闭锁 1A1 段快切信号经 71GLP 发出 , 闭 3A1 、 2A1 段 备 如 4A1 、 锁 1A1 段进行切 换 。 反 之 , 用进线开关均没有合上即没有快切装置切换时 , 或 62GLP、 63GLP 将 其 者投入 解 除 闭 锁 压 板 61GLP、 20GJ 继电器即有电 , 常开接点 20GJ 闭合 , 经 短接 , 闭锁接点启动快切回路 ( 15GLP ) 可以出口 ; 同时常 闭接点 20GJ 打 开 , 闭 锁 快 切 信 号 不 经 ( 71GLP ) 发 快切装置不会被闭锁 。 出, 1.2 机组特殊运行方式下二次接线功能的应用 在机组特殊运行方式下, 图 1 所示二次接线功能

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线路断面零功率切机逻辑

当华能玉环电厂 500 kV 2 条出线跳闸, 因其线 路断面零功率, 发电机端功率平衡破坏, 发电机的输 出功率产生的制动力矩小于汽轮机在蒸汽推动下产 生的原动力矩, 这时发电机转子加速, 汽轮机超速运 行, 功角变大, 从而造成机组与系统失去同步, 发生系 统振荡, 对发电机和热力系统造成影响。 为了防止出 现这种不利局面, 在华能玉环电厂安全稳定装置未设 计安装之前, 利用 GE 发变组保护灵活逻辑的组合功 设计了如图 2 所示的逻辑, 在线路断面输送功率 能, 为零时, 动作于发变组保护全停出口 2 跳闸, 跳开 500 kV 机组侧边开关、 500 kV 中开关、 发电机出口断路 器 ( genetator circuit breaker,GCB ) 、磁 场 开 关 ( automatic voltage regulator, AVR) 、 工频励磁开关, 跳 开 6 kV 母线 4 段工作进线开关, 快关主汽门并启动 厂用电快切装置。 共有 4 种逻辑功能用以实现零功 率切机功能, 其中 500 kV 系统跳机组侧边断路器保 500 kV 护包括机组侧边断路器失灵保护、 母差保护, 系统跳中断路器保护包括中断路侧失灵保护 、

的应用如下: ( 1 ) 当只有 1 台机组运行时, 将本机 4 段母线全 部投入 14GLP 压板启动回路, 其他机组投 15GLP 压 板经闭锁接点 20GJ 启动回路; 当 2 台及以上机组运 行时, 所有机组母线全部投 15GLP 压板经闭锁接点 启动回路。 ( 2 ) 当某台机组转冷备用后, 在其他机组发变组 保护非电量保护屏上将其各自对应的 4 段母线 “解 除闭 锁 压 板 ” 投 入, 本机组仍投经闭锁接点启动 15GLP 回路。比如 1 号机在冷备用, 那么在其他运行 1A2 、 机组发变组保护非电量保护屏中将解除 1A1 、 1B1 、 1B2 段闭锁压板全部投上, 而 1 号机发变组保护 闭锁快切压板不需进行改变。 非电量保护屏上启动、 ( 3 ) 当某段母线备用进线开关转冷备用或检修 除了退出本段母线快切装置 或开关位置反馈异常后,

图2 Fig. 2

线路断面零功率切机逻辑

Logic for zeropower triping of line section

第8 期

刘健: GE 发变组保护二次接线及逻辑设计的分析与改进

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线路侧断路器失灵保护、 线路侧短引线保护、线路保 。 2 隔离开关常开接点 护及远方跳闸等 如图 中所示, 断 闭合为主变高压侧刀闸合后隔离刀闸的辅助接点 、 路器 ABC 相常闭接点闭合为开关断开后 ABC 三相 辅助接点串联。 这 4 种逻辑如下, 设计单位充分考虑了系统在各 种运行方式下所发生的零功率切机情况, 相辅相成、 补充完整。对于第 1 种逻辑考虑的是当 500 kV 中断 路器检修时发生的线路断面零功率情况 ; 对于第 2 种 逻辑考虑的是当 500 kV 机组侧边断路器检修或 500 kV 母线检修时发生的线路断面零功率情况 ; 对于第 3 500 kV 机组侧 种逻辑考虑的是在正常运行方式下, 开关偷跳或其他原因跳闸 的 2 个断路器由于非全相、 时发生的线路断面零功率情况; 对于第 4 种逻辑考虑 的是当 500 kV 某线变串 3 个开关正常合环运行时发 生的线路断面零功率情况。 ( 1 ) 当 500 kV 系统跳机组侧边断路器保护动作 , 500 kV 侧中断路器三 主变 500 kV 侧隔离刀闸合位、 相分位或中断路器两侧隔离刀闸拉开时 , 判断线路断 面零功率切机。 ( 2 ) 当 500 kV 系统跳中断路器保护动作, 主变 500 kV 侧隔离刀闸分位、 500 kV 机组侧边断路器三 判断 相分位或机组侧边断路器两侧隔离刀闸拉开时 , 线路断面零功率切机。 ( 3 ) 当主变 500 kV 侧隔离刀闸合位、 500 kV 机组 500 kV 侧边断路器三相分位或其两侧隔离刀闸拉开, 侧中断路器三相分位或其两侧隔离刀闸拉开, 发电机 出口断路器合位时, 判断线路断面零功率切机。 ( 4 ) 当 500 kV 系统跳线路侧边断路器保护动作 , 500 kV 系统跳中断路器保护动作时, 判断线路断面 零功率切机。 线路断面零功率切机逻辑设计在发变组主变 T35 保护灵活逻辑中组合, 增加了上述 4 种逻辑, 这 是在国产发变组常规保护中所不具有的一项保护 , 正 是因为 GE 发变组保护逻辑编程的灵活和可操作性 强的特点, 设计的这一有效逻辑措施提高了大电网区 保证发电机组 域性发电厂线路的暂态稳定功率极限 , 满发负荷安全稳定运行。

查发现为 A 相套管发生了单相接地, 单相接地故障 但在检查保护 应该由 95% 定子接地保护跳闸出口, 发现是过激磁保护先动作跳闸出口。 分 动作记录时, 析认为, 由于 GE 的 G60 过激磁保护的动作判据是采 在单相接地时, 健全相电压升高为线 用相电压元件, 电压后过激磁保护动作出口。 从保护装置报文可分 析出过激磁保护反时限保护先于发电机定子接地保 护动作出口。这是一种由于保护功能配置不合理而 出现的不正确的保护动作出口结果 。 2010 年 11 月 17 日 , 因 2 号发电机出口电压互 感器二次回路电压异常 , 过激磁保护误动作 , 机组跳 闸 。 事后对该机组保护录波 、 发电机保护装置动作 分析得出 : 发电机 G60 保护装置发电机过激磁保护 采用相电压判据 , 过激磁保护为过电压判据 , 设计单 位在设计过 激 磁 保 护 中 没 有 用 电 压 互 感 器 2PT 断 线闭锁功能 , 当发电机出口电压互感器回路由于某 种原因使中性点电压漂移 , 使电压互感器二次侧 B 、 C 相电压升高达到发电机过激磁保护动作定值而动 机组停运 。 在实际运行中发电机三相一次 作跳闸 、 电压并未有升高现象 , 所以此次过激磁保护动作属 于保护误动 。 3.2 保护二次接线与逻辑改进 ( 1 ) 鉴于上述 2 种情况, 从 GE 过激磁保护原理 上考虑, 因原设计中过激磁保护与发电机故障录波共 用 1 组电压互器 2PT , 当故录交流采样插件存在故障 时, 也有可能使电压异常, 保护误动作出口, 所以此次 设计改进利用设计单位原设计专用于匝间保护的电 压互感器 3PT , 专供发电机过激磁保护使用, 对进入 保护装置电压作了 Y / Δ 接线的改变, 将发变组保护 侧相电压接线方式改进为线电压接线方式 , 则每相绕 组承受电压由 57. 7 V 变为 100 V 。 此次发变组保护 二次接线变换及逻辑改进不仅达到灵活方便 、 易于实 现的目的, 而且从根本上避免定子接地或电压互感器 二次回路异常时过激磁保护的误动作。 华能玉环电 厂在机组小修期间对 4 号机发变组逻辑及二次接线 改进前后的发变组保护逻辑设置及说明 进行了改进, 如图 3 、 图 4 所示。 ( 2 ) 对于华能玉环电厂其余 3 台机组, 在采用相 电压逻辑判据及保护装置相变压器 Y / Δ 二次接线暂 时因机组无法停运更改的情况下, 已在这些机组的过 激磁保护逻辑中增加了电压互感器断线闭锁功能 。 ( 3 ) 为了防止发现发电机出口电压互感器小车 辅助接点造成电压互感器二次电压异常 , 影响保护装 置采样的问题, 将发电机机端出口所有电压互感器小

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3.1

过激磁保护动作分析与改进
过激磁保护动作分析

华能玉环电厂发电机过激磁保护采用相电压判 据的设计原理, 当发电机一次电压或电压互感器及二 出现了功能配置不合理及误 次回路电压出现异常时, 动作的现象。 2009 年 7 月 1 日, 3 号发电机在运行中跳闸。 检

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第 32 卷

少了保护屏内电缆和辅助保护装置的数量 , 降低了成 。 本 但在华能玉环电厂近几年的生产运行过程中还 比如交流采样插件采样异常而引 是出现了不少问题, 起的差动保护动作、 保护屏继电器因可机械按动可能 发变组非电量保护屏 引起人为误动的保护出口问题、 出口继电器并联电阻以增大动作功率来满足电力反 事故要求的问题、 发变组保护中关主汽门接点闭合时 间与热控分散控制系统扫描周期不配合的问题等 , 针 对问题进行了设计和改进, 使 GE 发变组保护在华能 玉环电厂安全生产中效果显著。

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参考文献
[ M]. 北京: 中国电力出版社, 2005.

[ 1 ] 能源部西北电力设计院. 电力工程电气设计手册: 电气二次部分 2 [ 2 ] 华东六省一市电机工程( 电力) 学会. 电气设备及其系统[M]. 北 2006. 京: 中国电力出版社, [ 3 ] 王维俭, 桂林. 600 MW ~ 1 000 MW 发变组继电保护的现状与改 J]. 华电技术, 2008 , 30 ( 1 ) : 58. 进[ [ 4 ] 张良辰, 谭之文, 王长川, 等. 禹州电厂发变组保护及厂用电快切 J] . 电力建设, 2003 , 24 ( 6 ) : 4749. 装置的调试[ [ 5 ] 唐晓勇, 侯亚梅 . 3 /2 断路器接线的运行分析及保护配置[J]. 电 2006 , 27 ( 1 ) : 34 - 37 , 42. 力建设, [ 6 ] 雷友坤. 华能 玉 环电 厂 1 000 MW 超超临界机组电气 系 统介绍 [ J] . 电力建设, 2007 , 28 ( 11 ) : 8284. [ 7 ] 阎波, 2007 , 黄梅. 微机保护中可编程逻辑的研究[J]. 电力建设, 28 ( 5 ) : 9092. [ 8 ] 王大鹏, 王涛, 周宏斌, 等. 一起定子接地故障及匝间故障引发的 . 继电器, 2008 , 36 ( 22 ) : 8287. 继电保护动作行为分析[J] [ 9 ] 陈俊, 陈佳胜, 张琦雪, 等. 超超临界机组发电机定子和转子接地 J] . 电力系统自动化, 2008 , 32 ( 20 ) : 101103. 保护方案[ [ 10 ] 于广耀, . 电力系统保护与 于金立. 断路器偷跳远方切机研究[J] 2008 , 36 ( 4 ) : 8183. 控制, [ 11 ] 耿卫星, 刘建武, 刘春玲, 等. 变压器过激磁保护分析及改进[J]. 2009 , 37 ( 22 ) : 181183. 电力系统保护与控制, [ 12 ] 袁文嘉, 贺要锋, 王来军, 等. 提高微机保护装置的抗干扰性和可 2009 , 37 ( 21 ) : 靠性的 措 施 探 讨[J]. 电 力 系 统 保 护 与 控 制, 131133. [ 13 ] 涂义元. 发电机过激磁保护误动原因分析[J]. 华电技术, 2010 , 32 ( 7 ) : 2630. 收稿日期: 2011-04-15 作者简介: 刘健( 1975 ) , 男, 大学本科, 工程师, 从事火电机组继电保护工作, Email: hnyhlj@ 163. com 。 修回日期: 2011-06-15

车辅助接点取消, 并更换电压互感器二次接线为航空 插头, 减少中间环节。 ( 4 ) 为提高电压互感器二次电压回路抗电磁干 扰能力, 防止因干扰而使电压采样异常, 从发变组保
2 护室至发电机出口电压互感器端子箱增设 100 mm 的裸铜缆, 使电压互感器端子箱接地与电厂主接地网

紧密连接。

4

结语

( 责任编辑: 何鹏)

华能玉环电厂发变组保护采用了美国进口的 GE 保护, 保护功能强大、 灵活方便 、 可操作性强 , 明显减


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