（河南油田南阳石蜡精细化工厂，河南南阳 473132）钱海霞，周辉，钱海涛，赵武英
                     
    钱海霞（1976-）女，安徽枞阳人，大专，电气助理工程师，现就职于河南油田南阳石蜡精细化工厂，主要从事变电站微机保护工作。

    摘要：本文介绍了背压式汽轮发电机保护控制系统的改造，其保护由电磁式继电保护装置改造为微机综合保护装置，同时控制系统在保留原同期功能的前提下，增加了一套自动准同期装置，实现设备安全长期运行。

    关键词：继电保护；同期；自动准同期；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

    河南油田南阳石蜡精细化工厂自备6kV中压发电系统采用背压式汽轮发电装置，发电机保护系统采用的电磁式继电保护，电磁式保护系统的精度低，动作不灵敏，保护动作滞后，无相关录波数据，不便于事故原因分析，维护工作量大且难度大，故障率也高，检修周期长，影响企业的经济效益，同时该厂其他输配电装置均已为微机综合保护装置，与发电机组的保护时序及测控在配合及通信上存在较大困难，曾发生因保护时序配合错误造成发电机非计划停机的事件。同时原发电机同期操作全靠人工操作，同期的准确、可靠性完全依靠操作人员的技术水平决定。因此，改造发电机保护控制系统，意义重大。

    2 改造原则

    原发电机保护、控制屏及信号继电器屏、信号屏等均安装在主控室，此次改造的总体思路是在尽可能少动原有二次线路、不动一次系统，尽量少增加电缆的敷设。经研究分析，新微机综保屏放置于中控室原继电保护屏位置，所有电流、电压及控制、信号利用原电缆重新逐一核对、编号，部分接线重新放线。自动准同期屏放置于原信号继电器屏位置，原屏拆除，其上所有接线逐一核对、编号，对于改造后不再有用的线路追根溯源，拆除对端接线，以免给日后检修维护留下隐患。利用此次改造后不再有用电缆将I、II段进线的同期电流、电压及合闸信号分别串、并接于自动准同期屏，同时为了保留原同期装置，将同期继电器从原信号继电器屏上拆下，安装于发电机控制屏柜后，其二次回路接线相应重新进行改动。

    3 DGT801简介

    DGT801系列数字式发电机变压器组保护装置，适用于容量1000MW及以下、电压等级750kV及以下的各种容量各种接线方式的火电及水电发电机变压器组保护，也可单独作为发电机、主变压器、厂用变压器、高压启动备用变压器、励磁变压器（励磁机）、大型同步调相机、厂用电抗器等保护，并满足电厂自动化系统的要求。

    保护装置采用独创的双电源双CPU并行处理技术，冗余与容错设计原则相结合，做到防拒动和防误动性能的有机统一。采用了高性能的硬件平台，采用32位嵌入式CPU、DSP处理器、16位AD变换器和大规模FPGA，主要元器件均为工业级标准，核心器件采用军品级，保证了保护装置的高品质，差动保护采用了渐变双曲线制动特性及其它国际先进的新原理和新技术。采用“保护模块化”及“图形组态选择配置”的方法，解决了用一套软件版本实现不同机组的保护配置问题。装置面板上设置有大屏幕真彩液晶，友好的人机界面，实现了保护装置的全透明化。装置抗干扰性能强，具有较好的电磁兼容性能。

    4 改造内容

      在满足既定改造原则的前提下，该厂决定采用的是国电南自DGT801系列数字式发电机变压器组保护装置，利用其完善的自检与互检功能，可靠的容错技术，把装置防误动和防拒动性能有机地统一起来。同时，由于这套装置采用了“保护高度模块化”+“图形组态选择配置”的方法，解决了用一套软件版本实现不同机组的保护配置问题，既灵活的满足不同机组的需要，又绝对安全可靠。信号出口指示明确，直观地反映出整套保护装置的动作情况。能自动记录运行状况，故障时还能跟踪录波，便于分析查找原因，提高检修效率。

    新的保护测控装置保护功能齐全，此次改造后，增加了逆功率保护和低频保护。

    （1）关于逆功率保护：并网运行的汽轮发电机，在主汽门关闭后，便作为同步电动机运行，从电网中吸收有功，拖着轮机旋转。由于气缸中充满蒸汽，它与汽轮机叶片摩擦产生热，使汽轮机叶片过热。长期运行，损坏汽轮机叶片，背压式余热发电机组在全厂蒸汽并网过程中经常会造成逆功率运行。保护逻辑图如图1所示。
                       
    对汽轮机逆功率保护的整定计算，就是要确定该保护的动作功率Pzd及动作延时t。关于动作功率Pzd的整定，汽轮发电机逆功率保护的动作功率按下式计算：

    Pdz＝(Krel*P1)/η （1）

    其中：Pdz：逆功率保护的动作功率，Krel：可靠系数，取0.8，P1：主汽门关闭后，汽轮机维持同步转速旋转所消耗的功率，该功率的大小除与汽轮机的结构及容量有关之外，还与汽轮发电机的主蒸汽系统的结构（管道结构及有无旁路管道等）有关，一般取额定功率的1.5～2%，η：发电机拖动汽轮发电机旋转时的效率，取0.98~0.99 所以：Pzd≈（1.2~1.6%）PN，PN：发电机的额定功率。 实际中，为简化计算，Pzd可取1~1.5%PN。

      发电机逆功率保护的动作延时，应按照汽轮发电机主汽门关闭后允许运行的时间来整定，该允许时间一般为10~15min。计算及运行实践表明，当汽轮机蒸汽系统有旁路管道时，允许运行时间还要长一些。 因此，若按照汽轮机主汽门关闭之后允许运行的时间来整定保护的动作延时，可取5~10min。动作后作用于解列灭磁。

    （2）关于低频保护：南阳精细化工厂发电机采用的是直流侧并联自复励可控硅励磁方式，这种励磁方式是国内中小型同步发电机目前采用比较广泛的一种。对于汽轮机，汽轮机叶片有自己的自振频率。并网运行的发电机，当系统频率异常时，汽轮机叶片可能产生共振，从而使叶片发生疲劳，长久下去可能损坏汽轮机的叶片。发电机频率异常保护，主要是保护汽轮机安全的。

    保护逻辑图如图2所示。
                  
    改造增加PPS 660的数字式自动准同期装置采用双微机结构，主、备两个CPU同时进行采样和计算，并根据智能调节算法进行升频、降频、升压、降压以及同期操作，只有他们同时发出同期出口信号时，才能出口，提高了可靠性，PID调节和区间趋势预测，使发电机可以快速跟踪系统的电压和频率，确保在第一个同期点时精确合闸，完成并网操作，杜绝了因人为因素造成非同期合闸的可能性，提高了设备安全长周期运行的可能性。

    PPS 660数字式自动准同期装置的调速采用经典的PID（比例-积分-微分）调节原理。调速脉冲输出宽度Ep按下式计算：

    Ep=-Kpf*(fg-fs)*100 （2）

    其中：fs、fg的单位为Hz，Ep的单位为ms。如果计算出的Ep超出调频脉冲最大最小范围，则取最大或最小值。若Ep大于0，输出加速脉冲；若Ep小于0，输出减速脉冲。

    调压采用比例调节原理，并受最大最小脉冲宽度限制，公式如下：

    Ev=-Kpv*(Ug-Us) （3）

    其中：Kpv：调压比例项因子，Ug、Us单位V，Ev的单位为ms，如果计算出的Ev超出调压脉冲最大最小范围，则取最大或最小值。若Ev大于0，输出升压脉冲；若Ev小于0，输出降压脉冲。

    5 结论

    改造后的系统经过一年多的运行，达到了安全运行的技术要求。新系统主回路接线简单，运行稳定可靠，故障率低，自动化程度大大提高，减轻了运行人员的工作量。同时又保留原有的同期装置，一旦自动准同期出现故障，可以很快使用原手动准同期，减少同期操作时间，提高发电机运行时间。

    参考文献：

    [1] 王维俭. 发电机变压器继电保护应用[M]. 北京: 中国电力出版社，2005.

    [2] 李玉海，刘昕，李鹏. 电力系统主设备继电保护试验[M]. 北京: 中国电力出版社，2005.

    摘自《自动化博览》2010年第三期