微机型厂用电综合保护测控装置在我厂的应用

钱赟

大唐南京发电厂210057

【摘要】微机技术进入继电保护专业领域以来，其优异的性能以精确的算法正在全面取代传统的模拟式保护装置。随着电力工业的发展，机组容量的增大和自动化程度的提高，机组本身以及电网对继电保护装置提出了更高的要求。而微机厂用电综合保护测控装置集保护、测控和通讯功能于一体，大大提高了发电厂综合自动化水平，促进了企业安全生产。本文通过微机型厂用电综合保护在我厂的实际应用，介绍了CSC200系列微机厂用综合保护的结构、原理及在我厂的运用情况，对运行中出现的问题进行了分析，着重对装置中过热保护存在的问题进行了详细的分析并提出解决方案。

【关键词】厂用电；综合保护；应用

1．厂用电保护的构成及特点

厂用电系统保护是发电厂继电保护组成中的一个重要环节，厂用电系统运行正常与否，直接影响到机组的安全运行和经济效益。为了提高厂用电系统供电的安全性、可靠性，确保机组安全经济运行，有必要选用装置性能良好、动作准确、快速的专用保护，为此我厂在机组通流改造控制系统全面进入DCS顺序控制的前提下，选用北京四方生产的CSC200系列综合保护装置，其主要型号有CSC237A、CSC237C、CSC241C和CSC241G等，其具有相电流和接地电流的时限过流、速断、报警，以及比率差动和差动速断等功能，结合我厂6KV系统中性点不接地的接线方式，使保护具有动作灵敏可靠的优点。

我厂厂用变压器均采用干式变压器，保护配置了高压侧的各种电流保护以及过负荷保护，并且把变压器的超温保护接入装置的开关量保护接口，设置二级、一级报警、二级跳闸，既兼顾了干式变的运行特点，又加强了变压器保护的可靠性。

高压电动机在电厂中占有举足轻重的地位，因此我厂的电动机保护根据其运行的重要性配置了CSC237A型综合保护，对容量比较大的给水泵电动机还配置了CSC237C型综合保护，保护配置了速断、过流和过热、长启动保护以及零序保护等等。差动保护则采用分相比率差动保护和差动速断相配合，在电动机内部发生严重故障时，当差电流大于电机启动时的暂态峰值时保护瞬动，以提高保护在电动机内严重故障时的动作速度，从而全面的对大型电机进行保护。

所有装置均安装在高压开关柜上，现场配置高速RS485现场总线，通讯速率可达115.2Kbps，并支持双网和光纤通讯。各装置通过现场总线联网后进入通讯管理机，通讯管理机再将电气信号分别传输至分布式控制系统及电气控制系统，它采用一个间隔对应一个装置的分布式设计，各间隔之间仅通过网络连接，网络组态灵活，使整个系统的可靠性得到很大提高，任一装置故障仅影响到相应元件。站内使用现场控制总线技术，各装置的信息在通讯层共享，取消了大量的控制电缆，简化了二次接线，减少施工难度及维护工作量，节省了大量的人力物力资源，大大降低了综合成本。

2．厂用电综合保护在实际生产中的运行

我厂两台660MW机组于2010年双双投产，厂用控制系统采用DCS顺序控制，电气部分也全部进入DCS。由于CSC200型综合保护采用了RS485通讯，并内置了电能计量模块，可实现与DCS系统通讯，将保护的测量量、状态量以及动作信号和电能计量信息清晰、直观的反映给DCS系统。

现场采用CSC200型保护装置后之后，使得厂用变压器、高压电动机的保护在配置上更为全面，电动机保护采用了速断、负序过电流、过热、过负荷、长启动和零序保护等，变压器采用了时限速断、过流、过负荷、负序过电流、零序以及非电量保护（通过开关量输入）等，使得一次设备在运行中能得到有效的监控，当故障发生时，保护动作清晰、快速，动作逻辑较为简单、直观。

对于非电量保护以及控制回路断线，控制电源监视等信号，采用外部开关量接入的方式，一旦发生状况，装置通过通讯数据总线在DCS控制系统发生信号并保护等待工作人员处理，从而全面有效地监视一次设备的运行情况。

3．运行中的问题以及解决方法

经过5年多的现场运行，CSC200型微机保护在大多时候对各种设备发生故障以及不正常的工作状态均能正确动作和报警，但过热保护存在严重缺陷。2012年11月12日#2机组现场两台引风机其中一台因机械故障停运后，另一台风机过热保护动作，引发机组停机，经分析现场保护动作时间比较短，通过查看历史曲线等数据发现实际运行电流在1.1-1.2倍，理论动作时间与实际不符。引风机所用综保型号为CSC237C，程序版本号为V2.20。此版本过热保护模型选取的反映过负荷前的负载电流Ip，会导致电流缓慢增长超过过热启动电流值时，或电流在过热启动电流值上下波动时，装置计算的延时短于理论值，使过热保护提前动作。

对此版本程序过热模型进行技术分析，从中可以清楚过热动作偏快（或者说误动）的原因。CSC-237保护装置过热保护所采用的数学模型源自电动机的发热模型，发热模型引自《数字式电动机综合保护装置通用技术条件》，电动机的动作时间t和等效运行电流Ieq之间的特性曲线由下面公式给出：

t＝τ×ln（其中Ieq=）

该模型公式综合考虑了电动机正序、负序电流所产生的热效应，同时充分考虑了电动机过负荷前的热积累状态，为各种过负荷引起的过热提供保护，也作为电动机短路、起动时间过长、堵转等的后备。公式中各变量说明如下：

I1－正序电流图

I2－负序电流

K1－正序电流发热系数，电动机起动过程中取0.5，起动结束后取1

K2－负序电流发热系数

I∞－起动电流，即保护不动作所要求的规定的电流极限值。

τ－时间常数，反映电动机的过负荷能力。

Ip是反映过负荷前的负载电流。如果电机是在冷启动时过载，则Ip=0；如果电机是在运行过程中过载，则取过热启动前半个周波的电流作为过负荷前的负载电流。因此对于电流缓慢增长最终超过定值的情况（有可能是负荷暂时过重，堵转，过负荷等），都可能导致热量计算异常，从而引起过热保护快速动作，这种超前快速动作从最终效果看属于误动作，电机的实际温度并不高。当电流缓慢上升到过热定值以上时，装置错误的采集到了Ip_wrong，这就相当于认同过负荷前的热积累比较高，装置最终会在t1动作，而实际上应该在t2动作。因为Ip获取异常导致动作时间比理论值要小，是此次跳闸过快的原因，是模型的固有缺陷。

针对这一情况我们采取了以下措施：

①迅速联系厂家对此次不正常动作进行分析；

②根据厂家的反馈，我们对保护装置进行程序升级，版本号升至V2.27，该版本过热保护使用新模块，负载电流Ip采用了过负荷前长期热累积的等效电流，取代了老版本取过热启动前半个周波的电流作为过负荷前的负载电流。

③将过热保护起动电流定值整定为1.3Ie，报警定值整定为70%，对装置进行全面的试验，模拟实际的运行情况，检查装置操作和保护动作的可靠性。经过数次试验并结合试验数据证实改动后的方案动作时间准确，无误动拒动，符合现场运行条件。

4．结束语

厂用电系统是电厂里非常重要的系统，其构成比较复杂，有电源，有负载。厂用电系统故障轻则影响机组出率，重则会引起停机、损坏主设备等事故，严重影响发电厂设备的安全运行和企业经济效益，因此，厂用电系统的安全、稳定运行意义重大，厂用电系统的继电保护工作就显得尤为重要。五年多来，我们在新型微机综合保护测控装置的运行、检修方面积累了一些经验，但随着微机继电保护技术的发展，电力体制改革的不断深入，还会出现新技术、新设备，这就需要我们从事继电保护工作的人员不断学习，掌握现代化的技术，以适应不断发展的形势需要，为提高企业经济效益多做贡献。

参考文献：

[1]中华人民共和国机械行业标准JB/T10613-2006

[2]CSC200系列数字式保护测控装置说明书北京四方