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关于大机组继电保护配置若干问题的讨论
时间：2021-06-17
1 中试控股电力讲解《反措》对发电机变压器组保护配置的主要规定
- 双重化配置的2套保护系统之间不应有任何电气联系。
（3）每套保护均应含完整的差动及后备保护，能反应被保护设备的各种故障运行状态。 （4）发电机变压器组非电量保护设置独立的电源回路（包括直流小型空气开关及其直流电源监视回路），出口跳闸回路应完全独立，在保护柜上的安装位置也应相对独立。
（5）2套完整的电气量和非电气量保护的跳闸回路，应同时作用于断路器的2个跳闸线圈。断路器与保护配合的相关回路，如断路器、隔离开关辅助触点等，均应遵循相互独立的原则，按双重化配置。
- 保护装置双重化配置，还应充分考虑运行和检修时的安全性，当运行中一套保护因异常需要退出或需要检修时，应不影响另一套保护正常运行。
自《反措》颁发以来，对保护双重化的含义，曾一度引起不少争论。例如：《反措》强调保护装置的双重化；而现行国家标准则强调的是保护范围的双重化，要求在保护范围内任一点发生各种故障，均有双重或多重主保护，故障有选择的、快速的、灵敏的被切除，使机组受到的损害最轻、对电力系统的影响最小。由于对“保护双重化”概念的理解不同，在设计、保护配置、设备选型等方面，对如何执行标准和《反措》产生了困惑。 目前，华东电力设计院设计的300 MW及以上机组的电气量保护，基本上根据《反措》要求，按保护装置双重化配置，即装设2套完整的电气量保护，而非电气量保护除外。也就是说，将“双重化”理解为2套完整的电气量保护装置，而每套保护装置均包括“主保护+后备保护”。
2.1 保护双重化配置范围
2.1.1 美国EBASCO和S&L公司对发电机变压器组保护双重化的主要原则
- 对所有主要的电气故障，应设置2套主保护，构成双重化，其相应的直流供电回路也应分开。
（3）由于次要电气故障而要切除发电机的继电器接线，或其他装置动作于第三个跳闸通道（指程序跳闸）出口继电器，这些回路设有相应的双重回路。
（4）一般来说，所有的电气故障，除极少数外，应动作于锅炉、汽轮机、发电机和励磁机同时跳闸。机械故障和次要电气故障，应首先切除汽轮机，只有在经汽轮机阀门的限位开关和逆功率继电器证实已经没有蒸汽流经汽轮机时，再切除发电机和励磁机。
十分明显，上述双重化的含义主要指保护范围的双重化。同时，下列装置一般不考虑双重化： ①本机的断路器失灵保护；
②第二线或第三线保护，如厂用变压器过电流保护；
③需要一个锁定继电器跳闸的中压系统保护；
④励磁机组件保护继电器；
⑤不需要立即跳闸的装置，除非这些装置价格不贵且易于双重化；
⑥汽轮机和机械故障跳闸。
中试控股电力讲解以上这些装置，应接入1个或2个独立的锁定继电器，并由2组蓄电池通过二极管同时供电。这样，就可以保证当其中一组蓄电池或其配电网络故障时，仍能连续供电。
2.1.2 《反措》中对保护双重化配置的要求
《反措》中明确保护双重化配置的电气主设备有：
发电机、主变压器、启动变压器保护宜采用保护完全双重化配置。但是，对高压厂用变压器和励磁变压器保护是否采用双重化配置，没有明确规定。
2.2 关于高压厂用变压器保护 高压厂用变压器的运行时间远大于启动变压器，其重要性也不亚于启动变压器。因此，如同《反措》中对启动变压器的要求一样，对大机组的高压厂用变压器保护，应按完全双重化配置。但由于高压厂用变压器高压侧套管TA数量（要求5组）的限制，国内变压器制造厂一般只同意装4组TA（如嘉兴二期，合肥ABB），无法对双重化保护提供独立TA。工程设计中，可将高压厂用变压器差动保护与主变差动保护共用TA，如果可能的话，甚至可将主变压器差动接入高压厂用变压器低压侧TA（如GE公司中压柜），以满足2套保护装置引自不同TA、相互独立的基本要求。
2.3 关于励磁变压器保护 继电保护规程中，没有明确规定励磁变压器的保护要求。以往工程设计中，多半按励磁变压器的容量，并参照高压厂用变压器的要求来考虑其保护的。工程计算实例表明，对600MW机组，无论是发电机差动，还是主变压器差动，均不能保护励磁变压器的全部，只能保护励磁变压器部分（约20%～40%）的高压绕组。因此，600MW机组的励磁变压器，其额定容量约为6000～9000kVA，视机组型式和制造厂而异，建议装设差动保护。
励磁变压器支接于发电机主引出线回路，处于十分重要的位置。因此，对600MW及以上机组的励磁变压器，如果其高、低压侧装设TA的数量，可以满足保护双重化配置需要的话
（高压侧3组、低压侧2组TA），则如同高压厂用变压器一样，建议其保护按双重化配置。
3 保护双重化对TA、TV保护出口及其他二次线方面的基本要求3.1 TA配置基本原则 TA和TV的配置要满足继电保护规程和《反措》要求，同时需兼顾测量、计费、励磁、同期以及发电机故障录波器等引接需要，合理配置电流互感器和电压互感器的数量。 通常，发电机中性点侧和引出线端，各装设4组套管TA。在中性点侧：1组用于第1套保护，1组用于第2套保护，1组用于测量和AVR（1通道），1组用于故障录波器；在引出线端：1组用于第1套保护，1组用于第2套保护，1组用于AVR（2通道），1组用于测量。其中用于保护的TA最好选用TPY型，次级额定电流为1A。但是，最近几个600MW机组工程发电机招投标中，国内三大电机厂均表示供货困难，且由于其体积加大，安装位置也有问题，因此仍然采用5P20、5A、200VA的TA（相当于美国ANSI标准C800）。
3.2 TV配置基本原则 2套保护系统必须分别从不同的TV上引接。同时，还要考虑励磁系统AVR、计费系统等电压回路的需要。当电压回路出现TV二次绕组不够分配时，可在就地端子箱装设分路、独立小型空气断路器，采用单独电缆引出，以尽量减少单一故障的影响范围；也可选用具有3个次级绕组的TV。
3.3 直流电源配置基本原则 对于单机容量为300MW及以上的大容量机组，每台机组设置2组独立的用于控制/保护的110V蓄电池组，通常采用主配电屏—分配电屏配电体制，采用辐射状供电方式。直流主屏至直流分电屏应以双路馈线供电，直流分电屏对直流负荷分别设置馈线供电。双重化保护安装单位的双重化回路分别由2组蓄电池直流系统供电。
对发电机或变压器的非电量保护，应设置独立的电源回路，包括直流空气小开关、直流电源监视回路和出口跳闸回路，且必须与电气量保护完全分开，在保护柜上的安装位置也应相对独立。4 保护跳闸方式和出口继电器配置 保护跳闸方式与电气主接线有关，如采用双母线、3/2接线、有无发电机出口断路器；与机组的性能和运行方式有关，如是否具有带厂用电运行（FCB）的能力；与电力系统运行方式、运行经验等因素有关。
4.1 美国EBASCO、S&L公司设计的保护跳闸方式
美国EBASCO、S&L公司设计的电站中，发电机出口不装设断路器、主变压器高压侧系统为3/2接线时的保护跳闸方式，如表1～表3所示。国内北仑港电厂、扬州第二发电厂、石洞口二厂等引进机组，采用的保护跳闸方式与此基本相同。
表1 跳闸通道1
| 保护代号 | 保护名称 | 跳闸通道序号 | 跳闸对象 |
| 40L1 | 磁场故障（高定值） |
跳闸通道1（86-1） （汽轮机和发电机同时跳闸通道） |
发电机QF1跳闸(跳线圈1) |
| 40S | 磁场故障（低定值） | 闭锁发电机QF1合闸 | |
| 46-1 | 负序过流 | 发电机QF2跳闸（跳线圈1） | |
| 95H | V/Hz高 | 闭锁发电机QF2合闸 | |
| 95L1 | V/Hz低 | 发电机磁场断路器跳闸 | |
| 87G | 发电机差动 | 闭锁发电机磁场断路器合闸 | |
| 87B | 母线差动 | 通过电压调节器启动灭磁 | |
| 87MT | 主变压器差动 | 汽轮机跳闸 | |
| 87HVL | 高压引线差动 | 锅炉跳闸（可选择项） | |
| 87-1A | 1号厂用变压器差动 | 停定子冷却水泵 | |
| 87-1B | 2号厂用变压器差动 | 高压厂用变压器二次断路器跳闸 | |
| 51-1A | 1号厂用变压器过流 | 闭锁高压厂用变压器二次断路器合闸 | |
| 51-1B | 2号厂用变压器过流 | 启动厂用电源切换（合备用电源） | |
| 1号高压断路器失灵保护 | 启动发电机QF1失灵保护 |
表2 跳闸通道2
| 保护代号 | 保护名称 | 跳闸通道序号 | 跳闸对象 |
| 50N-MT | 主变压器接地 |
跳闸通道1（86-1） （汽轮机和发电机同时跳闸通道） |
发电机QT1跳闸（跳线圈2） |
| 87-GMT | 大差动 | 闭锁发电机QF1合闸 | |
| 95L2 | V/Hz低定值 | 发电机QF2跳闸（跳线圈2） | |
| 41 |
励磁机磁场QF断开+主变压器进线QS 闭合+ （发电机QF1或QF2闭合） |
闭锁发电机QF2合闸 | |
| 63-MT | 主变压器突然压力升高 | 发电机磁场断路器跳闸 | |
| 63-1A | 1号厂用变压器突然压力升高 | 闭锁发电机磁场断路器合闸 | |
| 63-1B | 2号厂用变压器突然压力升高 | 通过电压调节器启动灭磁 | |
| 50-1A | 1号厂用变压器瞬时过流 | 汽轮机跳闸 | |
| 50-1B | 2号厂用变压器瞬时过流 | 锅炉跳闸（可选择项） | |
| 40L2 | 失磁（高定值） | 蒸汽旁路至凝汽器 | |
| 46-2 | 负序过流 | 高压厂用变压器二次断路器跳闸 | |
| 59-LS | 发电机接地 | 闭锁高压厂用变压器二次断路器合闸 | |
| 2号高压断路器失灵保护 | 启动厂用电源切换（合备用电源） | ||
| 启动发电机QF2失灵保护 |
表3 跳闸通道3(即程序跳闸通道，非双重化)
| 保护代号 | 保护名称 | 跳闸通道序号 | 跳闸对象 |
| 37-1经延时或37-2经延时 | 跳 汽 机 | 跳 汽 机 | |
| 37-1 | 发电机电流极大+发电机冷却故障 | 调速器返回 | 调速器返回 |
| 37-2 | 发电机电流过高+发电机冷却故障 | ||
| 64F | 励磁机接地经延时+励磁机QF闭合 | ||
| CS-N | 发电机正常跳闸 | ||
| 32 | 主汽门关闭和逆功率动作经60s延时 |
跳闸通道3（86-3） （程序跳闸通道，非双重化） |
发电机QF1跳闸（跳线圈1） |
| 主汽门关闭或逆功率动作后，经程序跳闸的保护内容如下： | |||
| 64F | 励磁机接地经延时+励磁机QF闭合 |
发电机QF1跳闸（跳线圈2） 发电机QF2跳闸（跳线圈1） 发电机QF2跳闸（跳线圈2） |
|
| 59-GS50GS | 发电机QF2打开+QF1打开+（发电机次同步接地59-GS或发电机次同步过流50-GS） | 闭锁发电机QF1合闸 | |
| 59G | 发电机接地 | 闭锁发电机QF2合闸 | |
| 50N-MT | 主变压器接地 | 发电机磁场断路器跳闸 | |
| 51N-1A | 1号厂用变压器母线接地过流 | 闭锁发电机磁场断路器合闸 | |
| 51-2-1A | 1号厂用变压器母线过流 | 通过电压调节器启动灭磁 | |
| 51N-1B | 2号厂用变压器母线接地过流 | 汽轮机跳闸 | |
| 51-2-1B | 2号厂用变压器母线过流 | 锅炉跳闸（可选择项） | |
| 60E | 励磁机电压不平衡 | 高压厂用变压器二次断路器跳闸 | |
|
其他非电气量保护，如： 凝汽器低真空 推力轴承故障 轴承油压过低 |
闭锁高压厂用变压器二次断路器合闸 | ||
| 启动厂用电源切换（合备用电源） | |||
| 启动发电机QF1失灵保护 | |||
| 启动发电机QF2失灵保护 | |||
从表1～3可见，一般设置3个跳闸通道，第1和第2个通道为汽轮机和发电机同时跳闸通道，第3个通道为程序跳闸通道。与国内设计所采用的跳闸方式相比，其跳闸方式比较简单。3个通道均采用锁定出口继电器，用其触点闭锁有关断路器的合闸回路。另外，引起跳闸的保护均启动断路器失灵保护，这是与国内运行习惯的不同之处。
4.2 国内设计的大机组保护跳闸方式实例
下面，以华东电力设计院近年设计的600 MW机组为例，简要说明大机组保护跳闸方式。该工程无发电机出口断路器，采用机端励磁，主变压器高压侧母线为3/2接线。
方式1：全停1（86-1G）。跳主变压器高压侧断路器跳闸线圈1；跳主变高压侧断路器跳闸线圈2；至D-AVR逆变灭磁；跳厂用进线断路器；跳汽机主汽门；启动厂用母线段快速切换；启动主变压器高压侧断路器失灵保护；闭锁主变压器高压侧断路器合闸；闭锁厂用进线断路器合闸（闭锁励磁系统断路器合闸）。
方式2：程序跳闸(86-2G)。跳主变压器高压侧断路器跳闸线圈1；跳主变压器高压侧断路器跳闸线圈2；至D-AVR逆变灭磁；跳厂用进线断路器；跳汽机主汽门；启动厂用母线段快速切换；启动主变压器高压侧断路器失灵保护；闭锁主变压器高压侧断路器合闸回路；闭锁厂用进线断路器合闸回路（闭锁励磁系统断路器合闸回路）。所谓程序跳闸，对于汽轮发电机首先关闭主汽门，待逆功率继电器动作后，再跳开发电机断路器并灭磁。
方式3：关闭汽机主汽门(86-3G)。
方式4：跳主变压器高压侧断路器(86-4G，即解列)；跳主变压器高压侧断路器跳闸线圈1；跳主变压器高压侧断路器跳闸线圈2；闭锁主变压器高压侧断路器合闸回路。这种方式用于不正常状态有可能迅速得到纠正，从而允许发电机在短时间内重新并网的场合，如过激磁、突加电压保护。
方式5：全停3，不切换厂用电源(86-5G)。 跳主变压器高压侧断路器跳闸线圈1；跳主变压器高压侧断路器跳闸线圈2；至D-AVR逆变灭磁；跳厂用进线断路器；跳汽机主汽门；启动主变压器高压侧断路器失灵保护；闭锁主变压器高压侧断路器合闸；闭锁厂用进线断路器合闸（闭锁励磁系统断路器合闸），这种方式用于失步保护。此时，厂用母线残余电压和输入备用电源电压之间的相角差虽然不能确定，但可以肯定是比较大的，因此厂用电源快速切换是不允许的。国外采用失步保护启动厂用电慢速切换。如果机组具有带厂用电运行的能力，则可只跳发电机断路器，无需启动厂用电切换。
方式6：灭磁（K16）。这种方式用于断路器闪络保护。
方式7：全停2，不启动失灵保护（86-6G）。跳主变压器高压侧断路器跳闸线圈1；跳主变压器高压侧断路器跳闸线圈2；至D-AVR逆变灭磁；跳厂用进线断路器；跳汽机主汽门；启动厂用母线段快速切换；闭锁主变压器高压侧断路器合闸；闭锁厂用进线断路器合闸（闭锁励磁系统断路器合闸）。这种方式用于非电量保护和断路器非全相运行第1时限保护。
4.3 保护出口继电器配置
综上所述，保护出口继电器基本上按保护跳闸方式配置。如果保护动作需要闭锁相关断路器合闸回路的话，通常选用锁定式快速动作出口继电器（LOCKOUT RELAY，如上述86-xG），利用其动断触点闭锁相关断路器的合闸回路，该继电器动作以后需要人工确认复归；对不需要闭锁合闸回路的场合，则可选用一般的自复式快速动作中间继电器（如上述K-16）。
5 保护装置组柜原则
保护装置组柜时应考虑《反措》等有关要求，要考虑运行和检修时的安全性。完全双重化配置的保护装置，相互之间应完全独立，不应有任何电的联系。当运行中一套保护因异常需要退出或需要检修时，应不影响另一套保护正常运行。例如，《反措》规定，主变压器应采用2套完整、独立并且是安装在各自柜内的保护装置，每套保护均应配置完整的主、后备保护；对发电机保护也有类似的规定。
华东电力设计院设计的某4×600MW机组工程中，发电机变压器组保护（GE设备）按每台机组5面柜组柜：
①发电机变压器组保护柜（Ⅰ）；
②发变组保护柜（Ⅱ）；
③主变压器非电量保护柜；
④高压厂用变压器（每台机组设2台双绕组变压器）保护柜（Ⅰ）；
⑤高压厂用变压器保护柜（Ⅱ）。
保护柜（Ⅰ）和保护柜（Ⅱ）分别对应于第1套保护和第2套保护。另外，每台机组设置1面机组保护管理机柜。如果布置位置上不受限制，宜采用比较宽松的组柜方式，有利于施工、运行和维护。
6 现行规程（GB 14285—1993）与《反措》关于发电机变压器组差动保护规定上的差异
继保规程（GB 14285—1993）2.2.3.5条规定：对300MW及以上汽轮发电机变压器组，应装设双重快速保护，即装设发电机纵联差动保护、变压器纵联差动保护和发电机变压器组共用纵联差动保护。当发电机与变压器之间有断路器时，装设双重发电机纵联差动保护。显然，这里所说的装设双重快速保护应理解为保护范围的双重化，而不应理解为2套发电机纵联差动保护+2套主变压器纵联差动保护+2套发电机变压器组共用纵联差动保护。
按《反措》要求，主变压器和100MW及以上容量的发电机变压器组的微机保护应按双重化配置（非电量保护除外）保护，即各采用2套完整的电气量保护。
目前，华东电力设计院基本上是按《反措》要求配置保护的，即发电机和主变压器各配置“2套完整的电气量保护+1套非电气量保护”。在发电机保护与主变压器保护之间没有保护死区，因而没有再设置发电机变压器组共用纵联差动保护的必要。
7 保护与厂用电源快速切换装置之间的接口
众所周知，国内600MW机组厂用电源慢速切换功能基本上没有采用。究其原因，主要是600MW及以上机组未进行过厂用电源慢速切换试验，对慢速切换给工艺系统带来的冲击心中无数。因此，大多数机组采用切换不成，经母线低电压继电器延时（5s左右）跳所有中压电动机，有的甚至将低压厂用变压器也跳掉。外高桥900MW机组中，西门子公司的设计思想与此基本相同。 建议国内开展600MW及以上机组厂用电源慢速切换试验，以便利用好慢速切换功能，并与保护（如失步保护）相协调，进一步提高厂用电源运行可靠性。顺便指出，《反措》中还有涉及保护装置的改进内容，应写入保护装置采购规范书。
8 结束语
- 采用技术成熟、具有高可靠性的高质量设备，是试图简化保护配置的主要手段和目标。实践证明，采用低劣设备、冗余配置的系统，并不能获得预期的可靠性。
- 主保护装置采用双重化配置以后，应适当简化后备保护的配置，特别是相互重复的保护功能和某些功能比较弱的保护，以简化接线，提高运行可靠性。
增值服务
- 三年质保,一年包换,三个月试用
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