摘要：结合《继电保护和安全自动装置技术规程》、《大型发电机变压器继电保护整定导则》、《二十五项反事故措施》等 技术规程、规范的要求，以及汕尾电厂两台 600 MW 机组的工程实践，对大机组发变组保护双重化、发电机保护、变压器保 护、500 kV 升压站的系统保护、厂用电保护、厂用电源切换装置、励磁系统等自动装置的配置、整定等应用中的若干问题 进行了粗浅的讨论，供设计和运行单位参考。

0 引言

汕尾电厂#1、#2 机组电气系统简介：发电机 为 QFSN—600/2， kV， MW; 22 600 主变压器为 720 MVA， (52522.5%) kV/22 kV;厂高压变压器 2 台，其 中一台为 40/25-25 MVA 三相分裂绕组变压器，一台 为 32.5 MVA 双绕组变压器，(2281.25%) kV/6.3 kV;两台机组共用一台备用变压器，40/25-25 MVA 三相分裂绕组变压器，11081.25%;500 kV 升压 站为 3/2 接线,500 kV 出线两条; 发电机出口设开关; 每台机组 3 段 6 kV 母线;发变机、变压器、高厂变、 励磁变保护采用美国 GE 微机保护。

1 关于发变组保护双重化

自《二十五项反措》(以下简称《反措》)颁 发以来，对保护双重化的含义，从保护生产厂家、 设计部门到保护应用单位曾一度引起不少争论。例 如：《继电保护和安全自动装置技术规程》(以下简称《技规》)规定："对 300 MW 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"。同 时《技规》2.1.11 中规定："为了便于分别校验保 护装置和提高其可靠性，主保护和后备保护宜做到 回路彼此独立"。而《反措》规定："100 MW 及以 上容量的发电机变压器组微机保护应按双重化配 置(非电气量保护除外)保护。在双重化配置中的 每套保护均应含完整的差动及后备保护"。从以上 规定可知《技规》强调的是保护区间的双重化，主 后备保护二次回路独立，而《反措》强调的是装置 的双重化。

如果要同时满足《技规》和《反措》的要求， 即需配置两套发电机保护、两套主变保护、两套发 变组保护，且每一套保护的主保护和后备保护 CT 分开，在保护区间双重化后的两套保护的主保护和 后备保护的 CT 独立，包括计量用 CT 后，在机端至少要加装 7 组 CT; 而在主变高压侧还要装设有两组 T 区保护 CT 和关口计量 CT，这样在主变高压侧就 要装设至少 10 组 CT。而现场的安装条件是难以满 足保护对 CT 数量的要求。借鉴线路微机保护、国 外发变组保护的集成度已经很高，主保护与后备保 护共用 CT 也有了相当长时间的运行经验，汕尾电 厂采用了保护装置的双重化，主备保护共用 CT 和 PT，没有配置发变组大差。

《反措》中明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。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，对高压 厂用变压器保护，也按双重化配置。

汕尾两台的 600 MW 发变组保护配置为：电气 量保护配置为 2 套完整的发电机保护、2 套完整的 主变压器、2 套完整的高厂变保护，1 套非电气量 和励磁变保护，每套保护装置均包括"主保护+后 备保护"。

2 关于发电机匝间保护

汕尾电厂发电机每相有两个并联分支，但每相 的并联分支在中性点没有引出端子，无法装设单继 电器式横差保护。根据《技规》规定："50 MW 及 以上发电机，当定子绕组为星形接线，中性点只有 三个引出端子时，根据用户和制造厂的要求，也可 装设专用的匝间短路保护"。考虑到汕尾电厂发电 机存在同槽同相绕组，因此装设了纵向基波零序过 电压保护和负序功率闭锁元件组成的匝间保护。发 电机匝间保护按双重化配置，两套匝间保护 3U0 分 别取自匝间保护专用 PT 的两个二次开口三角形绕 组。

关于匝间保护 CT 变比的选取问题，《大型发电 机变压器继电保护整定导则》中建议的电压动作值 门 槛 为 2 ～ 3 V ， 如 果 匝 间 保 护 的 PT 变 比 为 (UN/ 3 )/100 V，那么该值是表征保护动作门槛值 为一相绕组的匝间短路比为 2%～3%。但很多设计选 取的 PT 变比为(UN/ 3 )/(100/3)，由于 PT 变比增 大，如果仍以 2～3 V 来整定，保护动作的门槛值则 变为一相绕组的匝间短路比为 6%～9%，保护的动作 区会缩小。

3 关于转子接地保护

根据《技规》规定："100 MW及以上的汽轮发 电机，应装设励磁回路一点接地保护装置，并可装 设两点接地保护装置"。汕尾电厂采用的GE发变组 保护没有转子接地保护，转子接地保护(见图1)采 用ABB励磁系统自带的向转子叠加50 Hz电源的交流 电桥原理的转子一点接地保护，该保护的动作原理 是R、CX、及转子接地阻抗组成一个电桥，转子接 地阻抗越小，则在电压继电器动作线圈上产生的电 桥的不平衡电压越大，当该电压大于动作门槛设定 值时，转子接地保护动作。原设想再装设相同原理 的一套转子接地保护或国内常用的切换采样(乒乓 式)原理的转子接地保护以实现转子接地保护的双 重化，但由于正常运行时两套接地保护之间相互影 响，正常运行时也只能投入一套，因此汕尾电厂只 装设了一套发电机转子一点接地保护。同时参考60 万kW及以上的大机组转子接地保护的实际运行情 况，在转子一点接地后动作跳闸，因此没有配置转 子两点接地保护。

图 1 转子接地保护原理图

4关于厂用电切换的方式选择

汕尾电厂发电机出口装设了断路器，机组启动 时从 500 kV 系统经主变倒送电到厂用电，无需专用 的启动变。两台机组配置一台备用变作为机组检修 时用的电源，由于容量有限，备用变带不了一台机 组的厂用电负荷，因此 6 kV 工作电源切至备用 电源是按慢切来设计的，即在母线低电压保护切除 大部分电机负荷后投入备用电源。由于 6 kV 母线的 负荷中有机组的保安电源，如果采用快切，对保安 电源的恢复是有好处的。经过考虑备用变容量和保 安电源可靠性的需要，只对接有保安电源的 6 kV 的 一段母线的备用电源的切换采用快切方式，而其它 二段 6 kV 母线段采用了慢切方式。

5关于 CT 和保护电流回路的选型

由于 500 kV 系统和大容量发电机组的一次时间 常数大，短路电流有较大的暂态非周期电流分量， 电流互感器暂态饱和严重，因此 500 kV 系统和大容 量发电机组宜选用 TPY 级 CT，并按外部三相短路 C-O 工作循环(暂态误差按不超过 5%)或外部线路 单相重合闸 C-O-C-O 工作循环(暂态误差按不超过 10%)来校验 TPY CT 的暂态误差是否满足要求。因 为 P 级 CT 对剩磁不作限制，电流互感器在严重饱和 后还可能有很大的剩磁，剩磁在正常运行时不易消 除，在再次短路时，将严重影响电流互器器的暂态 特性,在差动保护二次侧产生较大的差流，易引起 保护误动，如沙角 C 厂的 500 kV #2 主变 T 区保护 采用的是英国的 X 级 CT(相当于我国的 PX 级 CT， 这类电流互感器的准确限值是由一次电流为稳态 对称电流时的复合误差来确定的)，在 2005 年 1 月 30 日在 500 kV 沙香线线路故障时，引起#2 主变 T 区保护误动引起#2 机组全停。为此本厂在 500 kV 线路保护、T 区保护、主变差动及发电机差动保护 选用了 TPY CT。

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由于制造工艺及现场安装位置所限，主变差动 保护低压侧 CT 只能选取二次侧为 5 A 的变比为 25000/5 的 TPY 的 CT，高压侧的 TPY 只能选取二次 侧为 1 A 的 2000/1 A 的 TPY CT。虽然可以在二次 侧加装辅助互感器解决 CT 二次额定电流不一致的 问题，但无疑会引起二次回路的复杂和影响差动保 护的可靠性(二次侧辅助互感器在大的短路电流时 有可能饱和)。由此要求保护具有 1 A 和 5 A 两种 CT 的交流采样模块和较高的差动平衡系数。

6 关于主变零差保护

由于汕尾电厂主变高压侧中性点为分级绝缘， 绝缘电压为 35 kV，因此主变中性点采用固定接地 方式，考虑变压器高压绕组常见故障为单相接地 短路，而零序差动保护的不平衡电流小，动作整定 电流小，对单相接地短路有比相间差动保护(主要 反应相间、 匝间短路， 对单相接地也有一定灵敏度) 更高的灵敏度，因此在主变高压侧增设了比率制定 的零序差动保护。 由于在升压站 GIS 内汕尾电厂 CT 选用的是 TPY 型 CT;由于中性点套管大小所限，在 主变本体上的中性点套管 CT 只能选用 5P 级 CT; 如 果要在中性点安装 TPY 型 CT， 则只能安装在变压器 本体外。经过与设计院协商，综合考虑安装位置和 投资， 零差保护终采用了主变本体中性点套管 5P 级 CT。因此，考虑非周期分量对两种 CT 的传变影响，在零差保护投入运行时先投入信号，在积累一 定的运行经验后，确定是否投跳闸。

7关于 500 kV 采用 T 区保护还是短引线保 护的问题

汕尾电厂 500 kV 升压站主接线为二分之三接 线，I 期工程为两串。汕尾电厂 500 kV 升压站在二 次接入系统审查时，确定采用串内短引线保护。但 由于串内安装位置所限，串内每个 CT 只有两个保护 用 TPY 二次绕组，因此，每套发变组差动必须和每 套短引线保护共用 CT 的二次绕组，这样在变压器检 修或变压器保护校验而变压器所在的一串开关继续 运行时，需要在二次端子排上短接变压器差动保护 用的 CT 回路，并需要投入短引线保护，二次回路复 杂，易引起"三误" 。根据《技规》中的规定： "为 了便于分别校验保护装置和提高其可靠性，主保护 和后备保护宜做到回路彼此独立" 。经过与设计院协 商，终采用串外式 CT，线路保护与 T 区保护在二 次回路上分开，变压器差动保护和 T 区保护在二次 回路上分开， 保证了保护的二次回路简洁; 区保护 T 正常投入，不存在 T 区保护和主变差动保护的投切 操作; 计量 CT 回路不用取用和电流， 二次回路简洁。

8电弧光原理的母线保护

《技规》中没有规定 6 kV 单母线要装设母线电 流差动保护， 而且一般电厂 6 kV 母线上的负荷较多， 安装在 6 kV 开关柜内的 CT 二次绕组一般只有一个 保护用二次绕组和一个计量用二次绕组，也不便装 设母线电流差动保护，一般 6 kV 母线的短路在设计 上是由所接的工作变压器或备用变压器低压侧开关 的分支过流保护来动作。而这些分支过流保护的动 作时间是按与下级电源系统逐级配合来确定的， 由于 火力发电厂的厂用电电源分级较多， 保护在时限上逐 级配合使 6 kV 厂用分支过流保护的动作时间有时可 达到 1～2 s 左右，如此长的动作时间在 6 kV 母线短 路,短路电流又比较大的情况下，对高压厂用变压器 来说是非常不利的。因此，汕尾电厂在每个 6 kV 开 关柜内装设了电弧光保护作为母线短路时的保护， 其 动作原理是在每个开关柜内装设有光感应探头和 光电转换器，当有电弧光时，光感应探头的光信号 通过光电转换器转变为电信号，电信号动作于出口 继电器跳开母线的电源开关。该保护的动作时间不 超过 100 ms， 可以大大缩短母线短路时的切除时间。 使用该保护应注意的几个问题：由于测量电弧光的探头相当灵敏，用一般的手电简的光线照后均可触 发，因此厂家一般配有母线电源开关过电流闭锁装 置。对开关母线室有观察孔，此电流闭锁定值应大 于一台电机起动时流过母线电源开关的总电 流值，以防止电机启动的同时(电厂电机启动相对 比较频繁)运行维护人员打开母线照明灯或用电筒 检查母线引起的误动。另外，对采用备自投或快切 的母线接线方式，电弧光保护动作后应闭锁母线的 备自投或快切装置。

9 关于励磁系统的过电压保护值的选取

图 2 灭磁和过电压原理图

汕尾600 MW机组励磁系统为自并励系统，励磁 系统选用的是ABB公司的UNITROL 5000。该励磁系 统灭磁时的原理(见图2)为：当磁场开关断开时， 通过磁场开关辅助触点动作于K1和K2继电器，K1和 K2的辅助触点导通后，通过V3二管上的电压触发 可控硅二管V1，V1导通灭磁SiC电阻进行灭磁。

该励磁系统在转子发生过电压时的释能原理：当发 生正向过电压时，正向过电压通过V3、V4、V7触发 V1000过电压触发单元，V1000导通后，加于V8二 管的反向电压使V2可控硅导通从而接通SiC电阻进 行释能以消除过电压;当发生反向过电压时，反向 过电压通过V8、V6、V5触发V1000过电压触发单元， V1000导通后，加于V3二管的反向电压使V1可控 硅导通从而接通SiC电阻进行释能以消除过电压。 对励磁系统灭磁电阻的选择在《大型汽轮发电机自 并励静止励磁系统技术条件》中5.5条规定：在强 励状态下灭磁时发电机转子过电压值不应超过4～ 6倍励磁额定电压值。同时规定转子过电压保护电 阻的选取应使发电机转子过电压保护动作值应高 于强励后灭磁和异步运行时的励磁电压值。以上规 定是针对灭磁电阻和过电压电阻没有共用(国内很 多励磁厂家灭磁电阻和过电压电阻分开的)的情 况。但是，国外如ABB的励磁系统、英国RR公司励 磁系统的灭磁和过电压保护共用一个SiC电阻，只 是灭磁和过电压的触发回路不同(见图2) 。此SiC 电阻的阻值只能按一个原则选取，从保护发电机转 子的角度来考虑按前者即稍低值来选取，取2 200 V 值设定。 参考文献

[1] 继电保护和安全自动装置技术规程[Z].

[2] 大型发电机变压器继电保护整定导则[Z].