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案例頻道 （河南油田南陽石蠟精細化工廠，河南南陽 473132）錢海霞，周輝，錢海濤，趙武英
錢海霞（1976-）女，安徽樅陽人，大專，電氣助理工程師，現(xiàn)就職于河南油田南陽石蠟精細化工廠，主要從事變電站微機保護工作。
摘要：本文介紹了背壓式汽輪發(fā)電機保護控制系統(tǒng)的改造，其保護由電磁式繼電保護裝置改造為微機綜合保護裝置，同時控制系統(tǒng)在保留原同期功能的前提下，增加了一套自動準同期裝置，實現(xiàn)設備安全長期運行。
關鍵詞：繼電保護；同期；自動準同期；改造
Abstract: The paper introduces the technical renovation of back pressure dynamo protection system. In this renovation, the protection relay system is replaced by the new protection system based on PC. Besides the old synchronized system, there is an additional ASS in the new system to insure the stable running.
Key words: Relay Protection; Synchronized; ASS; Renovation
1 引言
河南油田南陽石蠟精細化工廠自備6kV中壓發(fā)電系統(tǒng)采用背壓式汽輪發(fā)電裝置，發(fā)電機保護系統(tǒng)采用的電磁式繼電保護，電磁式保護系統(tǒng)的精度低，動作不靈敏，保護動作滯后，無相關錄波數(shù)據(jù)，不便于事故原因分析，維護工作量大且難度大，故障率也高，檢修周期長，影響企業(yè)的經(jīng)濟效益，同時該廠其他輸配電裝置均已為微機綜合保護裝置，與發(fā)電機組的保護時序及測控在配合及通信上存在較大困難，曾發(fā)生因保護時序配合錯誤造成發(fā)電機非計劃停機的事件。同時原發(fā)電機同期操作全靠人工操作，同期的準確、可靠性完全依靠操作人員的技術水平?jīng)Q定。因此，改造發(fā)電機保護控制系統(tǒng)，意義重大。
2 改造原則
原發(fā)電機保護、控制屏及信號繼電器屏、信號屏等均安裝在主控室，此次改造的總體思路是在盡可能少動原有二次線路、不動一次系統(tǒng)，盡量少增加電纜的敷設。經(jīng)研究分析，新微機綜保屏放置于中控室原繼電保護屏位置，所有電流、電壓及控制、信號利用原電纜重新逐一核對、編號，部分接線重新放線。自動準同期屏放置于原信號繼電器屏位置，原屏拆除，其上所有接線逐一核對、編號，對于改造后不再有用的線路追根溯源，拆除對端接線，以免給日后檢修維護留下隱患。利用此次改造后不再有用電纜將I、II段進線的同期電流、電壓及合閘信號分別串、并接于自動準同期屏，同時為了保留原同期裝置，將同期繼電器從原信號繼電器屏上拆下，安裝于發(fā)電機控制屏柜后，其二次回路接線相應重新進行改動。
3 DGT801簡介
DGT801系列數(shù)字式發(fā)電機變壓器組保護裝置，適用于容量1000MW及以下、電壓等級750kV及以下的各種容量各種接線方式的火電及水電發(fā)電機變壓器組保護，也可單獨作為發(fā)電機、主變壓器、廠用變壓器、高壓啟動備用變壓器、勵磁變壓器（勵磁機）、大型同步調相機、廠用電抗器等保護，并滿足電廠自動化系統(tǒng)的要求。
保護裝置采用獨創(chuàng)的雙電源雙CPU并行處理技術，冗余與容錯設計原則相結合，做到防拒動和防誤動性能的有機統(tǒng)一。采用了高性能的硬件平臺，采用32位嵌入式CPU、DSP處理器、16位AD變換器和大規(guī)模FPGA，主要元器件均為工業(yè)級標準，核心器件采用軍品級，保證了保護裝置的高品質，差動保護采用了漸變雙曲線制動特性及其它國際先進的新原理和新技術。采用“保護模塊化”及“圖形組態(tài)選擇配置”的方法，解決了用一套軟件版本實現(xiàn)不同機組的保護配置問題。裝置面板上設置有大屏幕真彩液晶，友好的人機界面，實現(xiàn)了保護裝置的全透明化。裝置抗干擾性能強，具有較好的電磁兼容性能。
4 改造內容
在滿足既定改造原則的前提下，該廠決定采用的是國電南自DGT801系列數(shù)字式發(fā)電機變壓器組保護裝置，利用其完善的自檢與互檢功能，可靠的容錯技術，把裝置防誤動和防拒動性能有機地統(tǒng)一起來。同時，由于這套裝置采用了“保護高度模塊化”+“圖形組態(tài)選擇配置”的方法，解決了用一套軟件版本實現(xiàn)不同機組的保護配置問題，既靈活的滿足不同機組的需要，又絕對安全可靠。信號出口指示明確，直觀地反映出整套保護裝置的動作情況。能自動記錄運行狀況，故障時還能跟蹤錄波，便于分析查找原因，提高檢修效率。
新的保護測控裝置保護功能齊全，此次改造后，增加了逆功率保護和低頻保護。
（1）關于逆功率保護：并網(wǎng)運行的汽輪發(fā)電機，在主汽門關閉后，便作為同步電動機運行，從電網(wǎng)中吸收有功，拖著輪機旋轉。由于氣缸中充滿蒸汽，它與汽輪機葉片摩擦產(chǎn)生熱，使汽輪機葉片過熱。長期運行，損壞汽輪機葉片，背壓式余熱發(fā)電機組在全廠蒸汽并網(wǎng)過程中經(jīng)常會造成逆功率運行。保護邏輯圖如圖1所示。
對汽輪機逆功率保護的整定計算，就是要確定該保護的動作功率Pzd及動作延時t。關于動作功率Pzd的整定，汽輪發(fā)電機逆功率保護的動作功率按下式計算：
Pdz＝(Krel*P1)/η （1）
其中：Pdz：逆功率保護的動作功率，Krel：可靠系數(shù)，取0.8，P1：主汽門關閉后，汽輪機維持同步轉速旋轉所消耗的功率，該功率的大小除與汽輪機的結構及容量有關之外，還與汽輪發(fā)電機的主蒸汽系統(tǒng)的結構（管道結構及有無旁路管道等）有關，一般取額定功率的1.5～2%，η：發(fā)電機拖動汽輪發(fā)電機旋轉時的效率，取0.98~0.99 所以：Pzd≈（1.2~1.6%）PN，PN：發(fā)電機的額定功率。 實際中，為簡化計算，Pzd可取1~1.5%PN。
發(fā)電機逆功率保護的動作延時，應按照汽輪發(fā)電機主汽門關閉后允許運行的時間來整定，該允許時間一般為10~15min。計算及運行實踐表明，當汽輪機蒸汽系統(tǒng)有旁路管道時，允許運行時間還要長一些。 因此，若按照汽輪機主汽門關閉之后允許運行的時間來整定保護的動作延時，可取5~10min。動作后作用于解列滅磁。
（2）關于低頻保護：南陽精細化工廠發(fā)電機采用的是直流側并聯(lián)自復勵可控硅勵磁方式，這種勵磁方式是國內中小型同步發(fā)電機目前采用比較廣泛的一種。對于汽輪機，汽輪機葉片有自己的自振頻率。并網(wǎng)運行的發(fā)電機，當系統(tǒng)頻率異常時，汽輪機葉片可能產(chǎn)生共振，從而使葉片發(fā)生疲勞，長久下去可能損壞汽輪機的葉片。發(fā)電機頻率異常保護，主要是保護汽輪機安全的。
保護邏輯圖如圖2所示。
改造增加PPS 660的數(shù)字式自動準同期裝置采用雙微機結構，主、備兩個CPU同時進行采樣和計算，并根據(jù)智能調節(jié)算法進行升頻、降頻、升壓、降壓以及同期操作，只有他們同時發(fā)出同期出口信號時，才能出口，提高了可靠性，PID調節(jié)和區(qū)間趨勢預測，使發(fā)電機可以快速跟蹤系統(tǒng)的電壓和頻率，確保在第一個同期點時精確合閘，完成并網(wǎng)操作，杜絕了因人為因素造成非同期合閘的可能性，提高了設備安全長周期運行的可能性。
PPS 660數(shù)字式自動準同期裝置的調速采用經(jīng)典的PID（比例-積分-微分）調節(jié)原理。調速脈沖輸出寬度Ep按下式計算：
Ep=-Kpf*(fg-fs)*100 （2）
其中：fs、fg的單位為Hz，Ep的單位為ms。如果計算出的Ep超出調頻脈沖最大最小范圍，則取最大或最小值。若Ep大于0，輸出加速脈沖；若Ep小于0，輸出減速脈沖。
調壓采用比例調節(jié)原理，并受最大最小脈沖寬度限制，公式如下：
Ev=-Kpv*(Ug-Us) （3）
其中：Kpv：調壓比例項因子，Ug、Us單位V，Ev的單位為ms，如果計算出的Ev超出調壓脈沖最大最小范圍，則取最大或最小值。若Ev大于0，輸出升壓脈沖；若Ev小于0，輸出降壓脈沖。
5 結論
改造后的系統(tǒng)經(jīng)過一年多的運行，達到了安全運行的技術要求。新系統(tǒng)主回路接線簡單，運行穩(wěn)定可靠，故障率低，自動化程度大大提高，減輕了運行人員的工作量。同時又保留原有的同期裝置，一旦自動準同期出現(xiàn)故障，可以很快使用原手動準同期，減少同期操作時間，提高發(fā)電機運行時間。
參考文獻：
[1] 王維儉. 發(fā)電機變壓器繼電保護應用[M]. 北京: 中國電力出版社，2005.
[2] 李玉海，劉昕，李鵬. 電力系統(tǒng)主設備繼電保護試驗[M]. 北京: 中國電力出版社，2005.
摘自《自動化博覽》2010年第三期
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號