大型火力发电厂主系统继电保护可靠性分析.pdf

第 3 5卷第 4期 2 0 1 2年 8月 四 川 电 力 技 术 S i e h u a n E l e c t ric P o we r Te c h n o l o g y V o 1 ． 3 5， No ． 4 Au g ．。 2 0 1 2 大型火力发 电厂主系统继电保护可靠性分析 张蓉 国电成都金堂发电有限公司 ， 四川 成都6 1 0 4 0 4 摘要 大型火力发电厂的继电保护配置复杂， 可靠性问题 日益突出， 针对大型火力发电厂常见的一些问题进行了探 讨。 提出了一些提高继电保护可靠性的办法。 关键词 可靠性； 正确动作率； 故障率； 平均无故障时间； 修复率； 平均修复时间 Ab s t r a c t T h e s e t t i n g f o r r e l a y p r o t e c t i o n o f t h e l a r g e s c a l e p o we r p l a n t s i s c o mp l e x，a n d t h e r e l i a b i l i t y p r o b l e m b e c o me s mo r e a n d mo r e p r o mi n e n t ． S o ．s o me c o mmo n p r o b l e ms o c e u i n g i n l a r g es c a ] e p o we r p l a n t s a r e d i s c u s s e d ，a n d s o me me t h o d s t o i mp r o v e t h e r e l i a b i l i t y o f r e l a y p r o t e c t i o n a r e p r o p o s e d ． Ke y wo r d s r e l i a b i l i t y ；p r o p e r o p e r a t i o n r a t e ；f a i l u r e r a t e ；me a n t i me b e t we e n f a i l u r e s ；r e p a i r i n g r a t e ；me a n r e p a i ri n g t i me 中图分类号 T M7 7 4 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 3 6 9 5 4 2 0 1 2 0 3 0 0 8 7 0 4 0 前言 继 电保护在电力系统 中发挥着重要作用 ， 长期 以来 ， 如何提高继 电保护的可靠性成 为 日益关注和 研究的目标。近年来 ， 随着投入商业运行 的大型火 电厂逐年增多 ， 如何提高配置复杂、 原理繁多的大型 火 电厂主系统继电保护可靠性成为提高电厂运行可 靠性 、 制定合理的检修周期等的重要课题。 1 保护装置误动 1 ． 1 原理设计缺陷 由于国家动模试验室的建立和继电保护原理研 究 的不断深入 ， 继 电保护装 置本身 的原理缺陷已经 不用用户考虑了， 重要 的是应针对它所保护的对象 进行正确选型 ， 因此在分析继电保护装置原理时， 首 先应该分析被保护对象的特性， 如某大型发电厂主 系统 发电机变压器组系统 采用 自并励励磁 系统 、 发 电机变压器组单元制接线方式 ， 针对这一特点 ， 保 护选型首先就要注意选用针对该机组特点的继电保 护装置 ， 象发电机差动保护采用 电流循环闭锁方式 ， 以防止单相 T A断线等引起 的误 动； 发 电机三相过 流保护应采用带记忆特性或 电压控制； 低阻抗保护 应采用最小精工 电流足够小 ； 失磁保护逻辑中的励 磁电压辅助判据也应增加延 时， 以躲开 由于系统振 荡或失步对 自并励机组造成的影响等等 。 要重视 被保护 的一 次设 备 的特性 ， 以主设 备 包括发电机和变压器 为例， 继电保护装置制造 厂 、 设计人员 、 业主技术人员应主动向制造厂家技术 人员介绍有关大型发 电机组保护对发 电机、 变压器 设计制造的要求 ， 如发电机中性点侧的引出方式、 中 性点接地方式、 电流互感器 的配置 以及变压器套 管 电流互感器的配置等， 应及时掌握本工程所用主设 备的特性， 如发电机的铭牌参数、 定子结构参数 包 括定子铁心 内径 、 定子铁心长度、 气隙、 极距 、 定子齿 数 、 每相并联支路数 、 定子槽形和槽 内分布图 、 定子 线圈截面图、 定子绕组连接 图和定子绕组 电阻等 、 转子结构参数 转子铁心长度 、 阻尼条长度直径 和 材料、 阻尼环截面和材料、 转子铁心材料导磁率导电 率 、 转子绕组每线圈匝数和并联支路数 、 励磁绕组电 阻、 空载特性 曲线、 转子槽形和槽 内分 布图、 转子绕 组 图、 转子阻尼绕组布置 图 、 冷却方式等 ， 变压器 的铭牌参数 、 内部结构和系统参数等 ， 针对其特点设 计并选择合适的继电保护装置， 以防止由于选型不 当造成 的原理缺陷。 1 ． 2 设计错误 设计人员根据收集 到的各种资料 ， 吃准所选型 号的保护原理 ， 熟悉设计规程和国家颁布的各种技 术文件 ， 重视针对所设计大型发电机组 自身的特点 ， 在充分分析计算 内部故障的基础上 ， 慎重选择主保 护方案， 同时简化后备保护， 防止出现原则性疏漏和 ．8 7 ． 第 3 5卷第 4期 2 0 1 2年 8月 四 J I I电 力 技 术 S i c h u a n El e c t ri c P o we r Te c h n o l o g y V0 1 ． 3 5． No ． 4 Au g ．， 2 0 1 2 信 号 门 l 号 rl 图 1 发 电机失磁保护阻抗圆原 理逻辑 图 错误 ， 除此之外 ， 还应了解励磁系统、 厂用快切 、 E C S 加 了， 保护的可靠性相应降低。同时 ， 一旦励磁系统 监控等 自 动装置和设备的特性， 并注意和其配合， 包 转子接地保护发生故障 虽然厂家配有三块转子接 括保护配置 、 出口逻辑矩阵等， 防止配合失当。下面 地保护板 ， 但方波注入和检测 回路只有一套 ， 并不是 举例说明。 真正意义上 的双套后备 ， 也将影响机组 的正常运 某大型发 电厂采用 自并励励磁系统 ， 发 电机变 行 ， 因此， 作为设计人员 ， 应充分了解所选用设备 的 压器组单元制接线方式， 高压厂用变压器、 脱硫变压 性能和原理， 合理搭配， 防止类似事件的发生。在此 器 以及励磁变压器接于发 电机出 口分相封闭母线 ， 提供一套上述案例 的补救方案仅供参考 ① 采取重 由于励磁系统本身具有转子接地保护 采用方波注 新设计转子正、 负极和大轴到保护装置的回路 ， 保证 人式原理 ， 由于设计理念的不 同， 本转子接地保护只 失磁保护的完整性 ； ②和继 电保护厂家联系采用乒 有一点接地保护 ， 设置两段定值分别启 动告警和机 乓原理转子接地保护 切换采样原理 ， 采用该原理 组全停 和轴 电压抑制器 ， 因此设 计人员未启 用保 可避免励磁装置上轴电压抑制器对转子接地保护的 护装置上的叠加直流式原理的转子接地保护 由于 影响， 可以作为励磁系统转子接地保护发生故障时 励磁装置上轴电压抑制器 的影响 ， 该原理的转子接 投入使用。 地保护不能正常投运 ， 取消了转子正、 负极和大轴 1 ． 3 元件损坏和特性变化 到保护装置的回路 ， 直接造成失磁保护逻辑 中的转 随着微机保护的大量使用 ， 装置 内部元件损坏 子低电压 判据失效 ， 本案失磁保护原理及逻辑图 或特性变化引起 的可靠性 问题 E l 益突出， 虽然保护 如图 1所示 。 制造厂家在装置的 自动检测方面下了很大的功夫， 正常运行时， 若用阻抗复平面表示机端测量阻 但在实际应用中仍然有待检验。目前常用的自 检程 抗 ， 则阻抗的轨迹在第一象限 滞相运行 或第 四象 序有 ①可读写存储器 R A M 的 自检 ； ②只读存储器 限 进相运行 内。发 电机失磁后 ， 机端测量阻抗 的 的自检 ； ③数据采集系统的 自检 ； ④开关量输人通道 轨迹将沿着等有功阻抗圆进入异步边界圆内。失磁 自检； ⑤开关量输出通道自检等。厂家应确保在装 还可能进一步导致机端电压下降或系统电压下降。 置 自 检过程中和自 检发现故障时都不应引起保护误 阻抗型失磁保 护， 通常 由阻抗判据 Z 、 转 动作。事实上， 通过保护 自检发现问题 只是一方面 ， 子低 电压判据 、 机端低电压判据 、 系 因为保护装置不可能将所有 的回路纳入 自检 ， 所 以 统低 电压判据 构成 。保护输入量有 机端三 保护装置的安装调试和定期检修是发现装置内部元 相电压 、 发电机三相电流 、 主变压器高压侧三相 电压 件损坏 特别是继电器损坏、 内部接线错误等 或特 或某一相间电压 、 转子直流电压。 性变化 特别是各种开入量 、 开 出量和交流采样环 由图 1可以看 出， 失磁阻抗判据是按静态稳定 节等 的主要手段。 圆整定 的， 一旦取消 判据后 ， 在发生系统振荡 ， 特 1 ． 4 抗干扰问题 别是不稳定振荡时失磁保护发生误动的概率大大增 由于电厂 的特殊 电磁环境 ， 继 电保护装置工作 88 第 3 5卷第 4期 2 0 1 2年 8月 四 川 电 力 技 术 S i c h u a n E l e c t r i c Po we r Te c h n o l o g y Vo 1 ． 3 5， No ． 4 Au g ． ， 2 0 1 2 环境的干扰是严重 的， 一方面这些 干扰的特点是频 率 、 幅值高， 可以顺利通过各种分布 电容的耦合 ， 另 一 方面， 这些干扰持续时间短， 对于微机保护装置来 说 ， 由于 C P U工作是在时钟节拍的严格控制下以较 高的速度同步进行 的， 不能通过简单 的延时 回路来 躲开干扰 ， 所以对于微机保护来说 ， 提高抗干扰性也 是一项 系统工程 ， 首先分析一下进入微机保护的干 扰 ， 按干扰源的产生分为外部干扰和内部干扰。外 部干扰主要是其他物体和设备辐射的电磁波产生的 强电场或强磁场 以及来 自电源 的工频干扰 、 谐 波干 扰和脉冲干扰等等 ， 内部干扰主要是 电容的耦合和 回路间的互感引起的不同信号感应、 多点接地造成 的地电位差干扰 等等 。就干扰 的形式来说 ， 分为差 模干扰和共模干扰 ， 差模干扰是指 串联于信号源 回 路之中的干扰， 主要是由于各信号线对干扰源的相 对位置不对称因而受干扰源电磁感应或静电感应所 产生的， 比如投切空载母线 、 投切空载变压器和投切 空载长线等高压带电体所产生的干扰。共模 干扰产 生 的原 因与差模干扰相似 ， 只是信号线距 干扰源较 远 ， 因而各相信号线对干扰 源的相对位置基本上是 对称的， 共模干扰可为直流 ， 也可为交流 ， 它是造成 微机保护装置损坏或不正常工作的重要原 因， 消除 共模干扰的主要方法有 ①浮空隔离技术 ； ②双层屏 蔽技术 ； ③二次系统一点接地 ； ④低 阻匹配传输 、 电 流传输代替电压传输 ； ⑤采用隔离变压器 ； ⑥采用光 电耦合芯片等 。由于干扰会造成计算或逻辑错 误、 程序运行出轨 ， 甚至会造成元件损坏 ， 所 以除采用各 种隔离 、 屏蔽 、 合理布局和配线给电容提供低阻抗入 地通道 电容滤波 以及在微机保护电源 回路 中加 滤波器阻止干扰传递等方法外 ， 还应采取以下措施 ①对输入采样值的抗干扰纠错 ； ②运算过程 的校核 纠偏； ③保护出口闭锁； ④程序出格的自 恢复 看门 狗 等。按 照 国家 G B ／ T 1 7 6 2 6 ． 11 9 9 8、 G B ／ T 1 4 5 9 8和 I E C 6 0 2 5 52 1 规程 的要求 ， 保护装置出厂 前应完成 电磁兼容试验 ， 在安装调试 阶段厂家应提 供相关试验材料 包 括以下试验 内容 ①静 电放 电 试验 ， 严酷等级应达到三级 ； ②辐射 电磁场抗干扰度 试验 ， 严酷等级应达到三级 ； ③ 电快速瞬变／ 脉冲群 抗干扰度试验 ， 严酷等级应达到三级 ； ④浪涌抗干扰 度试验 ， 严酷等级应达到三级； ⑤ 1 MH z和 1 0 0 k H z 脉冲群干扰试验 ， 严酷等级应达到三级 。同时， 按 照国家设计规程和反措要求核实抗干扰措施是否得 当 。 1 ． 5 整定计算错误 错误 的整定对于保护来说是灾难性的 ， 因此加 强保护装置原理的研究 ， 针对所选保护装置的型号 和被保护一次设备的特点 ， 按照国家规程要求 ， 采用 合适的短路计算模型 ， 参考保 护装置厂家说 明书进 行整定计算才能最大限度地保证计算的准确性。 另外 ， 整定计算还应考虑被保护的一次设备的 特性 ， 如反时限过励磁保护的整定计算就应重点考 虑发电机和变压器的过励磁倍数曲线 ， 按照谁 的过 励磁能力差就按谁 的过励磁倍数 曲线整定 ， 以满足 可靠保护大型发 电机变压器组的需要 。应当指出的 是， 整定计算在投运以后需要很长时间的考验 ， 针对 运行方式的变化和系统参数 的变化还应进行调整 ， 出现保护误动或拒动应积极分析查找原 因， 防止错 误整定 的保护投入运行 。 1 ． 6运行维护不 当 在保护装置投入运行以后， 良好 的运行维护在 防止保护误动或拒动方面起着举足轻重的作用。制 订优秀的管理制度 ， 培养高素质的检修 、 运行技术人 才是保证继电保护装置可靠性的必要条件 ， 在管理 制度上 ， 首先应对各种保 护装置按被保护设备归档 建立设备运行管理卡、 定值整定卡 、 检修卡、 检修作 业指导书、 相关设计和厂家图册等 ， 先在制度和技术 上最大限度防止误碰 、 误整定 、 误投保护压板等误操 作引起的保护误 动或拒 动问题 ； 其 次， 建立保护 动 作 、 维护检修 、 厂家升级 、 设计修改和损坏维修等相 关情况纪录 最好建立相关数据库 ， 以备查 询 ， 分 别统计出保护装置的正确动作率 、 可靠度 、 故障率 、 平均无故障时间、 修复率 、 平均修复时间等相关可靠 性计算参数， 并将这些参数和保护装置使用情况及 时反馈到保护制造厂家 ， 为厂家提供更好 的技术服 务打下基础 ； 此外 ， 在掌握 国家相关规程和继电保护 基本原理的基础上吃透保护装置的原理和相关技术 要点 ， 针对保护装置及 回路在设计 、 制造等出现的问 题 ， 提出适合本厂情况 的技术升级及技术改造方案 并努力实施 ， 不断提高保护装置可靠性 ， 以保证被保 护主设备的长期安全稳定运行。 2 结语 综上所述 ， 提高保护设备 的可靠性是一项长期 8 9 第 3 5卷第 4期 四 川 电 力 技 术 V o 1 ． 3 5． N 0 ． 4 2 0 1 2年 8月 S ic h u a n E l e c t r i c P o w e r T e c h n o l o g y A u g ． 。 2 0 1 2 上接第 4 0页 调可视化新增图形或 图形修 改时， 将这些图形文件 F r P到备调服务器上。 步骤 3 备调可视化服务器上运行一个程序 ， 定 时扫描 兀P服务 目录 A下是否有新送来 的图形文件 和模型文件。如果检测到有新的， 立 即拷贝到本机另 一 目录 B ， 延 时一段 时间 延 时时长可预先人 工设 定 ， 过了延时时间如果没有同名新文件过来， 则说明 主调的修改有效， 可以进行同步。如果 目录 B下有图 形文件 ， 程序逐个将 目录 B下的图形文件覆盖可视化 系统的同名 图形文件， 由于主、 备调 系统 I D号不一 致 ， 为了使主调的图形中备调能直接用 ， 还需根据图 形中设备名升级设备 I D ， 然后发布到备调各机。如 果 目录 B下有模型文件， 则将打包的模型文件解开， 然后逐条和本机内存库的模型比较 ， 有新的就添加入 库。由于模型的 I D可 由可视化 系统 自动编号 ， 所以 模型入库只需按本机模型入库规则编号就行 。 图 3主备调 同步示意图 4 ． 2 备调向主调手动同步 将应急模式工作期 间新的模型 、 图形和实时数 据 同步到主调系统。这和 4 ． 1中介绍的主调 向备调 同步数据差不多 ， 有差别的在于以下两方面。 1 在主调端将已经送到本机的文件同步本机 可视化 系统时， 不需要从 F T P服务 目录拷走 ， 也不 需要延时 ， 直接进行同步即可。 2 手工同步时， 需要同步历史数据。历史数据 的同步和模型文件同步过程类似， 只是历史数据断面 多， 只能循环方式 同步， 每次同步一个断面数据。首 先， 将历史库中一个断面数据取出打包成一个文件， 9 0 通过 F T P传送到主调 F T P服务 目录下； 然后主调端 解开文件后逐条添加进主调可视化历史库。 5 结语 在启用备调的紧急情况下 ， 情况纷繁复杂 ， 调度 人员希望快速掌握全网运行工况及 系统可控能力 ， 系统基于调度员思维 ， 以“ 看我想看的” 思想组织各 种系统数据形成可视化调度 ， 便于调度员快速对全 网情况了然于胸 。 但备调可视化系统增加了维护人员工作量， 为 了减少维护工作 ， 使备调系统能真正发挥 “ 备用” 作 用 ， 则根据备调可视化建设经验和现场需求 ， 提出了 一 套 主、 备调可视化系统数据同步方案 ， 除了人工启 动一下程序外， 基本做到零维护， 从实际使用过程中 的维护角度保证了备调可视化系统的可用性。 参考文献 [ 1 ] 麦绍辉， 梁寿愚． 备用调度 E MS系统的数据同步解决 方案[ J ] ． 电力系统通信， 2 0 1 0， 3 1 2 1 3 4 6 4 9 ． [ 2 ] 张继芬． 电网备用调度系统的数据同步与采集解决方 案[ J ] ．电力系统通信， 2 0 0 9 ， 3 0 2 0 2 4 7 5 0 ． [ 3 ] 陈枫． 省级电网 S C A D A ／ E M S备用方式的探讨[ J ] ． 浙 江电力 ， 2 0 0 6 4 1 8 2 1 ． [ 4 ] 徐展强， 邓大为， 姜彩玉， 等． 异构主用、 备用自动化调度 系统一致性研究[ J ] ． 广东电力， 2 0 0 9 ， 2 2 4 91 2 ． [ 5 ] 丁锋， 朱红， 冷俊， 等． 地区电网调度 S C A D A灾难备用系 统的建设[ J ] ．电力系统自动化， 2． 0 9 5 ， 2 9 6 1 0 5 1 0 7 ． [ 6 ] 刘俊勇， 陈金海， 沈晓东， 等．电网在线可视化预警调 度系统[ J ] ．电力 自动化设备， 2 0 0 8 ， 2 8 1 1 5 ． [ 7 ] 刘俊勇， 沈晓东 ， 田立峰， 等． 智能电网下可视化技术 的展望[ J ] ． 电力自动化设备 ， 2 0 1 0 ， 3 0 1 71 3 ． 【 收稿 日期 2 0 1 2 0 21 3