关于发电厂电气系统安全保障的几点探讨

关于发电厂电气系统安全保障的几点探讨

梁元龙

大唐国际发电股份有限公司张家口发电厂 河北张家口 075133

摘要：发电厂电气系统安全保障至关重要，关系到电厂电气一次设备的稳定运行，本文以张家口发电厂的设备和系统为背景，讨论保护、励磁、安全自动装置系统方面实际配置和设计的几点体会和见解。

关键词：安全保障、电气系统、四大法宝、配置设计

0 前言

对于一个电厂的电气安全保障体系有多种设备，但笔者认为有“四大法宝”是绝对不可或缺的，他们分别是发变组保护、励磁调节系统、同期装置和厂用电快切系统。他们对发电厂电气设备安全、稳定运行，均起着不可或缺的作用。

1发电厂发变组保护

1.1 保护整体概述

大型发电机组的成本十分昂贵，结构特别复杂如果供电的机组出现故障，要耗费大量时间去检修，造成巨大经济损失。发变组保护系统性能不佳（拒动和误动），会导致极大危害，所以一定要对发变组保护的可靠性、灵敏性、选择性和快速性进行高标准严要求^[1]

发变组保护双重化装置的搭配，我厂8台机组保护配置总结和经验是使用功能设计理念不同装置进行组屏搭配，每台机布置3面屏柜(编号A、B、C)，两面电气量保护屏分别购置于南瑞RCS-985A型和南自升级后的DGT-801B型保护装置（均为主、后一体化）；非电量保护屏则选用DGT-801E保护，其保护种类完善。

两套电量保护所设置的保护种类基本相同，但两套保护中各类元件差动保护范围继续沿用并设计相互交错的方式，是对反措中双重化要求的重要体现。

1.2 保护方面进行的优化

保护的配置原则并不是所投种类越多越好，也不是所有保护都要动作于跳闸才好，这里强调一个“精准”，我厂近年来致力于保护的优化，以主变冷却器全停保护为例。

该保护使用软件跳方式，改造前通过加延时t₀和结合油面温度75℃开入构成第一段跳闸出口，通过加延时t₁₂构成第二段跳闸出口，但无论1200s或3600s，留给人员的处理时间都不富裕，若造成机组解列，非常不值。

图1 主变冷却器保护优化框图

通过改造，对此出口方式优化，如图1。这种优化符合实际工况，也满足《反措要求》：非电量保护尽量只发信。图1中的定值见表1。

表1 主变冷却器保护定值清单

2 励磁系统

2.1 励磁系统概况

励磁系统就是提供发电机磁场电流的装置，励磁调节器根据发电机电气量变化，调整励磁变流器输出功率，适应发电机工况需求，从而控制发电机稳定运行，当发电机内部故障时启动灭磁装置进行快速灭磁，保护发电机。

以我厂1-8机励磁系统为例，各机组均属于自并列静止励磁，通常配置如表2。

表2 励磁系统配置

2.2 励磁系统注意事项

首先，自并励静止励磁系统的主要缺点它的电压调节通道容易产生负阻尼作用，导致电力系统低频振荡的发生，降低了电力系统的动态稳定性，通过引入附加励磁控制（即采用电力系统稳定器-PSS）, 完全可以克服这一缺点。PSS投入条件：1、接到中调“投入PSS”命令；2、机组视在功率达到40%；3、运行人员在就地或远方DCS画面进行PSS投入操作。以上条件便可将PSS激活。

其次，笔者认为发变组保护和励磁调节器限制要配合整定，和谐统一。特别是发电机失磁保护与AVR低励限制的配合，配合不好，既限制了机组进相能力，也会使失磁保护将误动。我厂失磁保护为异步圆判据，从阻抗平面扩展到P-Q平面，异步圆与Q轴交于两点（ ）和（ ）两点^[2]，绘制发电机及AVR各特性曲线，可以观察配合问题，如图2。

图2 P-Q平面限制与保护配合特性曲线

3 同期装置及系统

3.1同期点和同期交流回路

我厂机组全部采用准同期方式。准同期方式又可分为自动准同期方式和手动准同期方式。在我厂中，这些担任同期并列任务的断路器，称为同期点。我厂发电机的出口断路器（开关）、6KV母线的工作电源开关与备用电源开关都是同期点。

同期交流回路是把需要进行同期操作的开关两侧的电压信号有选择性地逐一引到控制盘顶部的同期小母线上。这种选择将由每台需要进行同期合闸开关对应的同期开关完成。（规程规定的：“将手动准同期手把切至粗位，视同期表无指示”，即是检查是否有其它开关的电压量加在同期小母线上）。

3.2手动准同期的构成及操作注意事项

手动准同期装置构成在我厂最主要是采用单相组合式同期表的同期装置电路。组同期表采用MZ-10型组合式同期表由电压表V、频率差表HZ和同期表S组成。同期装置回路中最为关键的是同期表经手动粗、细调转换开关1STK （手动准同期开关）接入同期小母线。

操作上，不使用同期表时，将此1STK放在“断开”位，将表计退出； 1STK旋转到“粗调”位置时，其偶数触点闭合，组合式同期表的电压差表和频率差表投入，此时可以粗略地观察两侧电压的同期状态；1STK至“细调”位时，其奇数接点接通，此时除电压差表和频率差表仍接入外，同期表S和同期检查继电器TJJ均投入，此时可以操作控制开关进行合闸。

3.3 自动准同期装置及设计特点

我厂8台机采用的同期装置型号为SID-2CM，准同期的三个条件是压差、频差在允许值范围内时应在相角差j为零时完成并网。压差和频差的存在将导致并网瞬间并列点两侧会出现一定无功功率和有功功率的交换，因此，不必对压差和频差的整定值限制太严，以免影响并网速度。 但发电机并网时角差的存在将会导致机组的损伤，甚至同步谐振（扭振）。因此一个好的同期装置应确保在相差j为零时完成并网。同期装置中采用了一个良好的公式：

（3-1）

式中： —理想提前合闸角度 —频差 —断路器合闸时间

4 厂用电快切装置

4.1厂用电快切装置概况重要性

我厂快切装置采用MFC3000型，集中使用在主机、脱硫、供热等6kV工作段工作电源和备用电源之间的正常、事故、异常切换，其性能安全可靠，保证设备切换成功^[3]，避免厂用电失电造成重要辅机无法运转。

4.2 装置使用要采取的重要功能设计

先来讲一个案例，某厂发生因开关辅助接点不佳造成工作电源和备用电源非同期并列惨案，该厂虽然使用了快切装置，但未充分挖掘使用装置强大功能，造成事故。就以上案列，如果能做到，不只用开关的辅助接点来判别开关偷跳，或当两个来自不同的系统的电源同时存在时可立即跳开后投的开关的设计，都会避免以上惨案。

MFC3000型装置中“无流判据”的增加使用可避免单一用开关接点来判别偷跳；同时该装置还具有“去耦合”功能，一经使用，可达到该跳开关未跳开时将后合的开关立即跳开的效果，避免非同期并列。以上两点，我厂均有配置。

4.3厂用电切换一特殊情况下的操作

由上节可知，6kV母线的工作电源开关与备用电源开关都是同期点，在当6kV备用电源自投未成功，或6kV母线检修后的恢复送电的特殊情况下，因为母线没有电压，TJJ 常闭接点处于打开状态，电源开关合闸时是处于空母线送电状态，所以首先将非同期闭锁手把（STK）切至“退出”位，使接点接通，然后将手动准同期手把1STK切至“细”位，再将要合闸的开关的同期开关TK投入，然后才能合上开关。

5 总结

本文主要内容是对电气系统安全保障“四大法宝”进行了几点探讨，每一细小的总结，凝结着电气二次工作者的心血和智慧，以及对发电厂设备稳定运行的点滴贡献。

参考文献

[1] 杨艳春．微机型发变组保护在大型发电机组中的优化和探讨[D]．北京：华北电力大学，2007．

[2] 王慧敏．发变组保护与励磁调节器的配合整定[J]．电工技术，2014（6）：24－25．

[3] 谢勇，段周期，谭富娟．6kV 厂用电快切二次回路的改进[J]．电气技术，2010（7）：81－82．