發(fā)電機出口斷路器失靈保護方案改進研究

周榮斌，余 冬，張武洋

（1.南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211100；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

發(fā)電機出口斷路器失靈保護方案改進研究

周榮斌1，余 冬1，張武洋2

（1.南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211100；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006）

對現(xiàn)階段常規(guī)機組配置的失靈保護進行了研究，并在硬件回路和軟件邏輯上進行了改進，在一定程度上完善了發(fā)電機出口斷路器失靈保護方案。

發(fā)電機出口；斷路器；失靈保護；直流監(jiān)視

從機組啟動、保護主變及減少對電網(wǎng)的影響考慮，大型水輪機組及大容量火電、核電機組一般都裝設(shè)發(fā)電機出口斷路器 （GCB）。為防止直流接地，尤其是直流兩點接地或單一的開入監(jiān)視在硬件回路故障時，保護裝置誤判斷路器失靈開入置“1”，導致斷路器失靈保護誤動，對電網(wǎng)及電廠產(chǎn)生嚴重后果。目前很多繼電保護廠家GCB失靈保護大多經(jīng)相電流、負序電流進行閉鎖，在發(fā)電機內(nèi)部發(fā)生嚴重故障時，會產(chǎn)生較大故障電流，GCB失靈保護可以可靠動作。但對于定子接地、逆功率等保護動作并在GCB失靈時，由于故障電流較小，經(jīng)電流判據(jù)的GCB失靈保護將出現(xiàn)拒動［1］。同時，發(fā)電機出口斷路器由于連桿斷裂造成單相失靈時，由于發(fā)電機中性點經(jīng)接地變高阻接地，此時單相故障電流可能小于斷路器失靈保護電流判據(jù)而不能啟動斷路器失靈保護，導致發(fā)電機故障不能切除。

1 GCB失靈保護邏輯現(xiàn)狀

現(xiàn)有的GCB失靈判據(jù)通常取三相斷路器跳位輔助接點串聯(lián)用于判斷斷路器位置，通過保護動作開入與電流判據(jù)做與門判斷斷路器失靈，常規(guī)配置的GCB失靈保護邏輯如圖1所示。根據(jù) 《大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導則》相關(guān)規(guī)定，正序電流一般整定為1.2～1.3倍額定電流，負序電流整定為0.1～0.2倍額定電流。根據(jù)電廠及調(diào)試人員現(xiàn)場反饋，當GCB跳閘，如定子接地、轉(zhuǎn)子接地、勵磁故障保護動作跳閘、GCB三相及單相拒動時，發(fā)電機出口斷路器失靈保護可能無法動作［2］。而對于某些機械故障導致某一相機構(gòu)拒動時，故障電流很小，可能小于保護整定的 “失靈相電流”、“失靈負序電流”，GCB失靈保護也無法動作。

2 GCB失靈保護硬件設(shè)計方案

圖1 常規(guī)失靈保護邏輯

為防止長電纜直流接地后電容電流導致保護裝置誤開入，引起誤啟動失靈保護動作，其他屏保護動作接點經(jīng)大功率重動繼電器后輸入。開入回路采用雙開入，2個開入量同時置 “1”，才認為該失靈開入有效，外部設(shè)計回路如圖2所示。

圖2 硬件啟動回路

由于大型機組均為雙套保護配置，單個保護裝置開入硬件回路異常，另一套保護依然可正確動作，因此，雙開入設(shè)計方案并不會造成2套保護拒動［3］。

如直流正端接地后，在動作接點的輸出端再發(fā)生接地將導致動作接點被短接，給本屏有其他保護動作的假象，從而誤啟動失靈保護，因此保護裝置配置2個直流電壓光耦監(jiān)視回路，如圖3所示。

圖3 光耦監(jiān)視回路

保護裝置對光耦監(jiān)視1和光耦監(jiān)視2取與門，當無接地時，保護動作接點開入，此時監(jiān)視回路1、2均動作，GCB失靈保護直流監(jiān)視開入為“1”，失靈啟動經(jīng)失靈電流低值。當直流發(fā)生一點接地后，其中1個監(jiān)視回路被短接，接點返回，此時保護裝置失靈電流經(jīng)失靈電流高值閉鎖。

3 GCB失靈保護邏輯改進

在對GCB失靈保護硬件回路改進的基礎(chǔ)上，對GCB失靈保護內(nèi)部邏輯進行改進。完善其應對定子接地、轉(zhuǎn)子接地、勵磁故障等保護動作下的失靈情況。

3.1 三相斷路器失靈判據(jù)

與常規(guī)GCB失靈判據(jù)相比，改進后的邏輯為防止斷路器輔助接點動作不可靠或電纜接線松動，導致斷路器實際跳開，而誤認為仍然處于合位的情況，以三相有流判據(jù)代替GCB輔助接點開入，增加直流光耦監(jiān)視開入。當保護動作接點開入置“1”、機端三相有流判據(jù)滿足、保護軟硬壓板及控制字投入、直流電源正常時，機端電流最大相大于失靈相電流低定值或機端負序電流大于K倍的正序電流時，經(jīng)延時啟動失靈保護，邏輯如圖4所示。

圖4 三相失靈邏輯I1——表示機端正序電流；I2——表示機端負序電流

對失靈相電流可能小于額定電流的某些故障，如發(fā)電機定子繞組單相接地、定子繞組匝間短路等，當斷路器失靈時，為保證相電流元件可靠動作，失靈相電流低定值應按小于發(fā)電機組正常最小負荷電流計算 （為提高安全可靠性，相電流元件可采用雙重化與門判據(jù)），取0.8倍最小負荷電流，一般大型發(fā)電機組正常最小負荷電流小于0.5倍額定電流，因此取0.2～0.4倍額定電流［4］。機組出現(xiàn)異常或故障時，發(fā)電機保護跳閘出口方式分全停或程序跳閘，當三相開關(guān)失靈，最終進入發(fā)電機進相狀態(tài)，此失靈相電流低值需在發(fā)電機安全進相試驗時可靠動作，當直流監(jiān)視開入異常時，邏輯圖與圖1一致。

3.2 非全相斷路器失靈判據(jù)

通常GCB由于電氣或機械聯(lián)動，不考慮非全相運行情況，但在實際運行中，曾出現(xiàn)過由于機械連桿斷裂導致GCB非全相的情況。由于發(fā)電機側(cè)為小接地系統(tǒng)，單相拒動時，失靈相電流將無法正常啟動GCB失靈保護，因此，對于此類情況造成的GCB失靈大型機組一般在機端斷路器的上下兩側(cè)都配有三相TV。通過比較兩側(cè)TV自產(chǎn)零序電壓大小判斷GCB兩相或單相失靈，如圖5所示。斷路器處于合位t1后，投入不一致判斷，斷路器在分位時退出。當出現(xiàn)不一致后開放時間t2，開放時間滿足大于失靈保護時間即可。其中GCB兩端3U0差大于αUn，用于判斷是否出現(xiàn)機構(gòu)三相不一致 （如機械連桿斷裂），導致某一相或某兩相拒動。由于需要借助GCB兩端TV自產(chǎn)零序電壓判斷是否出現(xiàn)不一致，當判斷出機端TV斷線時，該判據(jù)應退出，機端TV斷線判別本身有延時，本處不設(shè)置延時。

圖5 非全相失靈邏輯3U0——兩側(cè)自產(chǎn)零序電壓；Un——機端額定電壓；a——可整定系數(shù)

圖6 失靈直跳邏輯判據(jù)

考慮機端TV斷線閉鎖GCB兩端3U0差大于aUn判據(jù)，增加中性點零序電壓作為補充開放失靈保護，如圖6所示。當機端出現(xiàn)兩相或單相失靈時，保護動作接點開入，中性點零序電壓大于正常不平衡電壓，開放斷路器失靈保護［5］。中性點零序電壓判據(jù)缺陷：在發(fā)生單相接地時，故障相失靈時，斷路器失靈保護無法開放，可增加直跳邏輯定子接地保護動作后，t時間后斷路器跳閘位置接點未返回啟動失靈保護跳閘。

4 結(jié)束語

分析了以發(fā)電機機端相電流、負序電流為判據(jù)的常規(guī)GCB失靈保護缺陷，根據(jù)發(fā)電機斷路器失靈相別，分為三相失靈和非全相失靈，提出結(jié)合電流電壓為判據(jù)的新思路。保護動作接點動作后，通過判斷三相有流確定三相失靈后，降低電流保護定值提高三相失靈保護靈敏性。通過機端兩側(cè)TV自產(chǎn)零序電壓幅值比較及中性點零序判據(jù)為補充，判斷開關(guān)非全相失靈，啟動失靈保護。目前常規(guī)電廠配置斷路器失靈保護的發(fā)電機保護裝置一般只接入機端一側(cè)TV，隨著數(shù)字化電站保護的應用，該保護原理將得到應用，完善大型電廠發(fā)電機出口斷路器失靈保護［6］。

［1］ 王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護原理與應用 （第二版） ［M］.北京：中國電力出版社，2002.

［2］ 謝創(chuàng)樹.核電廠發(fā)電機出口斷路器失靈保護設(shè)計 ［J］.電力系統(tǒng)自動化，2014，38（6）：123-127.

［3］ 張海燕.雙母線三分段接線方式母線及斷路器失靈保護設(shè)計問題的探討 ［J］.東北電力技術(shù)，1996，17（4）：22-26.

［4］ 高春路.斷路器斷口閃絡(luò)保護和斷路器失靈保護整定計算［J］.電力系統(tǒng)自動化，2012，36（22）：115-119.

［5］ 朱杰民.發(fā)電機中性點接地與定子接地保護 ［J］.東北電力技術(shù)，2000，21（1）：17-19.

［6］ 陳東霞.500 kV莞城變電站失靈保護的實現(xiàn) ［J］.東北電力技術(shù)，2006，27（12）：22-25.

Research on Improvement for Breaker Failure Protection Scheme of Generator Outlet

ZHOU Rong?bin1，YU Dong1，ZHANG Wu?yang2
（1.Nari?Relays Electric CO.，Ltd.，Nanjing，Jiangsu 211100，China；2.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

This paper focuses on the research of failure protection configuration at the present stage of conventional unit and makes im?provements in hardware circuit and the software logic.Failure protection scheme of circuit breaker outler are improved to various certain extents.

Generator outlet of breaker；Breaker failure protection；DC monitoring

TM561

A

1004-7913（2015）11-0049-03

周榮斌 （1981—），男，學士，工程師，從事電氣主設(shè)備繼電保護研究工作。

2015-08-10）