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    （河南油田南陽石蠟精細(xì)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(xì)化工廠，主要從事變電站微機(jī)保護(hù)工作。

    摘要：本文介紹了背壓式汽輪發(fā)電機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)的改造，其保護(hù)由電磁式繼電保護(hù)裝置改造為微機(jī)綜合保護(hù)裝置，同時(shí)控制系統(tǒng)在保留原同期功能的前提下，增加了一套自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置，實(shí)現(xiàn)設(shè)備安全長期運(yùn)行。

    關(guān)鍵詞：繼電保護(hù)；同期；自動(dòng)準(zhǔn)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(xì)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(jī)保護(hù)系統(tǒng)采用的電磁式繼電保護(hù)，電磁式保護(hù)系統(tǒng)的精度低，動(dòng)作不靈敏，保護(hù)動(dòng)作滯后，無相關(guān)錄波數(shù)據(jù)，不便于事故原因分析，維護(hù)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(jì)效益，同時(shí)該廠其他輸配電裝置均已為微機(jī)綜合保護(hù)裝置，與發(fā)電機(jī)組的保護(hù)時(shí)序及測控在配合及通信上存在較大困難，曾發(fā)生因保護(hù)時(shí)序配合錯(cuò)誤造成發(fā)電機(jī)非計(jì)劃停機(jī)的事件。同時(shí)原發(fā)電機(jī)同期操作全靠人工操作，同期的準(zhǔn)確、可靠性完全依靠操作人員的技術(shù)水平?jīng)Q定。因此，改造發(fā)電機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)，意義重大。

    2 改造原則

    原發(fā)電機(jī)保護(hù)、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(dòng)原有二次線路、不動(dòng)一次系統(tǒng)，盡量少增加電纜的敷設(shè)。經(jīng)研究分析，新微機(jī)綜保屏放置于中控室原繼電保護(hù)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(dòng)準(zhǔn)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(hù)留下隱患。利用此次改造后不再有用電纜將I、II段進(jìn)線的同期電流、電壓及合閘信號分別串、并接于自動(dòng)準(zhǔn)同期屏，同時(shí)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(jī)控制屏柜后，其二次回路接線相應(yīng)重新進(jìn)行改動(dòng)。

    3 DGT801簡介

    DGT801系列數(shù)字式發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)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(jī)變壓器組保護(hù)，也可單獨(dú)作為發(fā)電機(jī)、主變壓器、廠用變壓器、高壓啟動(dòng)備用變壓器、勵(lì)磁變壓器（勵(lì)磁機(jī)）、大型同步調(diào)相機(jī)、廠用電抗器等保護(hù)，并滿足電廠自動(dòng)化系統(tǒng)的要求。

    保護(hù)裝置采用獨(dú)創(chuàng)的雙電源雙CPU并行處理技術(shù)，冗余與容錯(cuò)設(shè)計(jì)原則相結(jié)合，做到防拒動(dòng)和防誤動(dòng)性能的有機(jī)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(biāo)準(zhǔn)，核心器件采用軍品級，保證了保護(hù)裝置的高品質(zhì)，差動(dòng)保護(hù)采用了漸變雙曲線制動(dòng)特性及其它國際先進(jìn)的新原理和新技術(shù)。采用“保護(hù)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(shí)現(xiàn)不同機(jī)組的保護(hù)配置問題。裝置面板上設(shè)置有大屏幕真彩液晶，友好的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)裝置的全透明化。裝置抗干擾性能強(qiáng)，具有較好的電磁兼容性能。

    4 改造內(nèi)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(jī)變壓器組保護(hù)裝置，利用其完善的自檢與互檢功能，可靠的容錯(cuò)技術(shù)，把裝置防誤動(dòng)和防拒動(dòng)性能有機(jī)地統(tǒng)一起來。同時(shí)，由于這套裝置采用了“保護(hù)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(shí)現(xiàn)不同機(jī)組的保護(hù)配置問題，既靈活的滿足不同機(jī)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(hù)裝置的動(dòng)作情況。能自動(dòng)記錄運(yùn)行狀況，故障時(shí)還能跟蹤錄波，便于分析查找原因，提高檢修效率。

    新的保護(hù)測控裝置保護(hù)功能齊全，此次改造后，增加了逆功率保護(hù)和低頻保護(hù)。

    （1）關(guān)于逆功率保護(hù)：并網(wǎng)運(yùn)行的汽輪發(fā)電機(jī)，在主汽門關(guān)閉后，便作為同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，從電網(wǎng)中吸收有功，拖著輪機(jī)旋轉(zhuǎn)。由于氣缸中充滿蒸汽，它與汽輪機(jī)葉片摩擦產(chǎn)生熱，使汽輪機(jī)葉片過熱。長期運(yùn)行，損壞汽輪機(jī)葉片，背壓式余熱發(fā)電機(jī)組在全廠蒸汽并網(wǎng)過程中經(jīng)常會(huì)造成逆功率運(yùn)行。保護(hù)邏輯圖如圖1所示。
                       
    對汽輪機(jī)逆功率保護(hù)的整定計(jì)算，就是要確定該保護(hù)的動(dòng)作功率Pzd及動(dòng)作延時(shí)t。關(guān)于動(dòng)作功率Pzd的整定，汽輪發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)的動(dòng)作功率按下式計(jì)算：

    Pdz＝(Krel*P1)/η （1）

    其中：Pdz：逆功率保護(hù)的動(dòng)作功率，Krel：可靠系數(shù)，取0.8，P1：主汽門關(guān)閉后，汽輪機(jī)維持同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)所消耗的功率，該功率的大小除與汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)及容量有關(guān)之外，還與汽輪發(fā)電機(jī)的主蒸汽系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（管道結(jié)構(gòu)及有無旁路管道等）有關(guān)，一般取額定功率的1.5～2%，η：發(fā)電機(jī)拖動(dòng)汽輪發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)的效率，取0.98~0.99 所以：Pzd≈（1.2~1.6%）PN，PN：發(fā)電機(jī)的額定功率。 實(shí)際中，為簡化計(jì)算，Pzd可取1~1.5%PN。

      發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)的動(dòng)作延時(shí)，應(yīng)按照汽輪發(fā)電機(jī)主汽門關(guān)閉后允許運(yùn)行的時(shí)間來整定，該允許時(shí)間一般為10~15min。計(jì)算及運(yùn)行實(shí)踐表明，當(dāng)汽輪機(jī)蒸汽系統(tǒng)有旁路管道時(shí)，允許運(yùn)行時(shí)間還要長一些。 因此，若按照汽輪機(jī)主汽門關(guān)閉之后允許運(yùn)行的時(shí)間來整定保護(hù)的動(dòng)作延時(shí)，可取5~10min。動(dòng)作后作用于解列滅磁。

    （2）關(guān)于低頻保護(hù)：南陽精細(xì)化工廠發(fā)電機(jī)采用的是直流側(cè)并聯(lián)自復(fù)勵(lì)可控硅勵(lì)磁方式，這種勵(lì)磁方式是國內(nèi)中小型同步發(fā)電機(jī)目前采用比較廣泛的一種。對于汽輪機(jī)，汽輪機(jī)葉片有自己的自振頻率。并網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，當(dāng)系統(tǒng)頻率異常時(shí)，汽輪機(jī)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(jī)的葉片。發(fā)電機(jī)頻率異常保護(hù)，主要是保護(hù)汽輪機(jī)安全的。

    保護(hù)邏輯圖如圖2所示。
                  
    改造增加PPS 660的數(shù)字式自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置采用雙微機(jī)結(jié)構(gòu)，主、備兩個(gè)CPU同時(shí)進(jìn)行采樣和計(jì)算，并根據(jù)智能調(diào)節(jié)算法進(jìn)行升頻、降頻、升壓、降壓以及同期操作，只有他們同時(shí)發(fā)出同期出口信號時(shí)，才能出口，提高了可靠性，PID調(diào)節(jié)和區(qū)間趨勢預(yù)測，使發(fā)電機(jī)可以快速跟蹤系統(tǒng)的電壓和頻率，確保在第一個(gè)同期點(diǎn)時(shí)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(shè)備安全長周期運(yùn)行的可能性。

    PPS 660數(shù)字式自動(dòng)準(zhǔn)同期裝置的調(diào)速采用經(jīng)典的PID（比例-積分-微分）調(diào)節(jié)原理。調(diào)速脈沖輸出寬度Ep按下式計(jì)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(jì)算出的Ep超出調(diào)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(diào)壓采用比例調(diào)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(diào)壓比例項(xiàng)因子，Ug、Us單位V，Ev的單位為ms，如果計(jì)算出的Ev超出調(diào)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(jié)論

    改造后的系統(tǒng)經(jīng)過一年多的運(yùn)行，達(dá)到了安全運(yùn)行的技術(shù)要求。新系統(tǒng)主回路接線簡單，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，故障率低，自動(dòng)化程度大大提高，減輕了運(yùn)行人員的工作量。同時(shí)又保留原有的同期裝置，一旦自動(dòng)準(zhǔn)同期出現(xiàn)故障，可以很快使用原手動(dòng)準(zhǔn)同期，減少同期操作時(shí)間，提高發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)間。

    參考文獻(xiàn)：

    [1] 王維儉. 發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)應(yīng)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(shè)備繼電保護(hù)試驗(yàn)[M]. 北京: 中國電力出版社，2005.

    摘自《自動(dòng)化博覽》2010年第三期