發電機保護與斷路器配合優化方案研究

張 進 重慶電力高等專科學校

發電機保護與斷路器配合優化方案研究

張 進 重慶電力高等專科學校

本文以筆者多年的實踐經驗為指導，探討發電機保護與斷路器配合的優化方案，供參考。

發電機保護;斷路器配合;優化方案

在電力系統中，電力保護是其重要組成之一，也是電網得以持續安全穩定運行的保障，而有些斷路器由于樣式較為陳舊，質量無法滿足當前運行穩定性的要求，同時需要維修的費用量大，更不能適應生產要求。斷路器出現跳躍的情況，即在手動進行合閘時控制開關發生故障，出現了觸電閉合，斷路器跳閘的情況，而斷路器再次進行合閘時，保護裝置即時進行動作，斷路器再次出現跳閘。一旦斷路器發生這種情況，絕緣體的性能必然會下降，嚴重的還會導致爆炸等事故。因此，發電機保護和斷路器配合方案的研討，是工作人員必須認真對待的工作。

1.斷路器跳躍閉鎖回路電路研究

電氣跳躍閉鎖回路是依靠繼電器來完成與實現，具體的跳躍過程見圖1，通過對一個跳閘線圈斷路器跳躍閉鎖回路進行接線的詳細圖示。由圖1可以看出，TBJ繼電器通過電流啟動線圈以及電壓保持線圈進行控制，分別是TBJ/I和TBJ/U，啟動線圈同時有兩對動合觸點和兩對動斷觸點，分別為TBJ1、TBJ4與TBJ2與TBJ3，分別相接于斷路器跳閘線圈回路和斷路器合閘回路中，其中TBJ1是電流自保持使用，而其余的均屬于并聯后需要串入合閘回路。如果啟動跳閘繼電器TJ且發生動作，那么TBJ/I勵磁，TBJ1在閉合后保持跳閘的命令，TBJ進行動作，斷路器斷開以后，TBJ2與TBJ3斷開合閘回路，而TBJ4閉合，保持TBJ電壓回路。如果在斷路器還沒有斷開以前繼電器觸點SHJ閉合，那么TBJ在已經閉合的SHJ與TBJ4自保持，也就是斷開TBJ2與TBJ3，保證斷路器不合閘，實現跳躍閉鎖。

2.繼電器跳躍閉鎖技術方面的要求

2.1 電流啟動值

在設計規程的規定范圍內，跳躍閉鎖繼電器電流在啟動時的值需要配合斷路器跳閘電流，也就是說，電流啟動值不能超過斷路器跳閘電流值的一半，在出現跳閘時，跳閘回路電流要比TBJ啟動電流的兩倍大，確保其可靠系數均大于2[1]。

2.2 電流線圈電壓降

在設計規程的規定中還包括了跳躍閉鎖繼電器電流線圈電壓降的數值，要求其數值要比操作時的回路電壓額定值小5%。

2.3 電壓動作值

在規定中還有明確的指示，跳躍閉鎖繼電器電壓動作不能比操作回路額定直流電壓的十分之七值大，同時保證在進行操作時其直流電源電壓在規定波動范圍內，而TBJ電壓的動作值比操作回路額定直流電壓的一半要大，才能確保操作直流電源在進行回路接地時動作中不存在失誤。

2.4 觸點性能

要保證TBJ觸點性能和繼電保護裝置出口繼電器觸點性能相同，在電力行業中對此有一定的要求，也就是繼電保護裝置出口中間繼電器觸點性能在返回值中必須比額定值的十分之一大，如果是干簧繼電器，那么其返回值要確保比額定值的十分之七大，而閉合容量要求為直流回路220V，5A，接觸電阻采用毫歐測量值不大于0.1Ω，采用數字萬用表測量值不超過0.5Ω，而在電流電壓法應用下的測量值則不超過0.1Ω，機械壽命在不帶負載時保持105次的動作[2]。

圖1 跳閘線圈斷路器跳躍閉鎖回路接線示意圖

2.5 絕緣性能

如果是同一組的觸點斷開后，電壓能夠承受的工頻值為1000V，時長為1min，如果是無電氣聯系導電之間的部分能承受的工頻電壓則為2000V，時長為1min。

2.6 防跳回路保護的更改措施研究

在對發電機進行保護改造的工作上，如采用WFB-811型保護屏進行電氣防跳回路的保護，采用西門子儲能式真空斷路器進行發電機出口斷路保護，由于其本身具有防跳功能，在繼電保護的過程中防跳無法實現同時的使用。如果采用斷路器的機構進行防跳保護，那么要取消防跳回路。由于防跳回路通過防跳的電流繼電器和電壓繼電器完成，一旦操作時沒有解除跳閘時合閘脈沖，那么TBJI電流線圈勵磁則會通過TBJ1與TBJ2直到斷路器的輔助接點并將其打開，而防跳電壓在繼電器的合閘脈沖中保持了電源，合閘回路斷開，斷路器經過跳閘后就不會再次進行合閘，只有確保合閘脈沖被解除以及TBJV斷電以后才能接通合閘回路，才能預防斷路器出現多次的跳合情況[3]，具體的情況如圖2所示。

3.舉例分析斷路器本體防跳繼電器優化配置

3.1 現場情況介紹

如某廠在進行發電機保護改造工作時，對斷路器的防跳回路進行模擬，發現整個回路動作正確，但斷路器跳開以后并沒有成功合上。隨后進行了相關的防跳回路試驗動作以后，又一次操作斷路器合閘，無動作，且TWJ合閘回路的監視燈不發亮，只有在斷開了斷路器以后進行回路電源的操作才保證斷路器合閘。在對其進行的檢查中又發現，斷路器的本體防跳繼電器發生動作，且動作操作狀態下不會復位。隨后又進行TWJ回路與防跳繼電器檢查以后得出結果，發現RTWJ與TWJ回路電阻是12kΩ，而K1回路電阻是10kΩ，其動作電壓是120V，返回電壓是35V，完成首次的合上開關以前，儲能電機是合閘以后才實現儲能，另外S3表示已經儲能接點，在對動作進行操作完成以后，合上斷路器，發現防跳繼電器K1動作，而將其斷開斷路器的合閘后，防跳回路功能得到實現。K1是返回動作電壓的35V，所以在加上K1電壓以后約為100V，導致了K1防跳繼電器不會返回。具體情況見下圖3所示。

3.2 解決方法研究

針對某廠的上述情況，筆者以多年的工作實踐經驗總結兩套解決方案。

第一套方案是在K1防跳繼電器的線圈上并聯較大功率值的阻值R，同時并聯一個約為2kΩ阻值的電阻，對其分流的大小進行適當的調整，同時改變繼電器的動作值，于是達到匹配斷路器跳閘電流的目的，具體情況見圖3所示。應用這一回路的過程中要注意預防電阻出現斷線的情況，可以選擇8W～10W功率的金屬氧化膜電阻，這種電阻有較高的可靠性，完成并聯以后加上K1電壓是28v左右，保證K1可靠返回[4]。

第二套方案是在K1防跳繼電器32腳或者是合閘線圈11腳做引線，并將其接入TWJ回路。因為西門子開關的內部通常結構比較緊湊，不容易做引線，而采用第二套方案時會導致防跳回路跳開，因此在對回路進行監視時無法完全做到整個合閘回路的監視，很容易導致監視運行的工作人員出現誤判的情況。所以針對上述兩種方案進行結合，或是方案1與方案2進行對比后發現，采用第一套方案的效果更好。在這個處理的過程中可以預知，某廠由此在對其它機組進行保護與改造后，發生此種類似情況的幾率會大大降低，這種優化方案在一定程度上確保了電站的安全與生產，同時也能為其它電站安全穩定地運行提供更多可借鑒的方案與建議。

4.結束語

當前的電氣回路斷路器跳躍閉鎖裝置已經得到了越來越多發電廠工作人員的應用和推廣，且好評率較高。這種方案不但是對過去傳統繼電器電流線圈參數方法在接線和監視效果漏洞上的彌補，同時也實現了應用形式的改變。由繼電器線圈和并聯支路構成跳躍閉鎖繼電器電流啟動回路的方案方法，由于其參數較為方便更換，于是得到了更多運行人員以及制造人員的歡迎，但也由于這種電路在操作上較為復雜無法實現及時對繼電器線圈的監視，因此還需要不斷對其使用積累經驗，且在更多的應用區域中謹慎使用。總之，各種新設備的改造工作或多或少會存在一些配合性質的問題，但在現代化設備生產功能性質的逐漸完善過程中，很多難題得到了解決，也有一些如新舊設備或產品功能出現重復的情況下難以配合使用等問題，這些都需要工作人員的深入研究。

圖2 發電機出口斷路器預防跳躍情況下閉鎖回路圖示

圖3 某廠經過改造以后的斷路器防跳躍閉鎖回路圖示

[1]張麗娟.發電機保護改造后與斷路器配合問題的分析與解決方案[J].四川水電發電,2014,13(02):120-121.

[2]李曉輝.分布式電源對配電網繼電保護影響的研究[D].華北電力大學（北京）,2011,12(09):11-12.

[3]劉斌.基于選相技術的發電機斷路器研究[D].大連理工大學,2010,12(17):41-42.