電動發電機出口斷路器失靈保護邏輯改造

摘 要：惠蓄電廠的機組出口斷路器失靈保護原設計采用斷路器的跳閘命令以及保護裝置內部的動作元件動作作為斷路器失靈保護的啟動條件，以斷路器的位置輔助節點和電流判別元件作為斷路器失靈起動后的返回條件，其中電流判別元件電流來自發電機中性點處CT。該設計在邏輯上存在較大缺陷，經常造成斷路器失靈保護不正確動作。針對這種情況，對我廠的機組斷路器失靈保護進行了改進，修改了斷路器失靈保護的起動條件及電流判別元件的電流取用CT的位置。

關鍵詞：惠蓄電廠；機組斷路器；失靈保護、

從惠蓄電廠500kV系統充電以來，系統及機組調試過程中，出現過幾次斷路器失靈保護動作，其中一次是在退出相關保護跳閘矩陣出口時，由于保護裝置內部軟件起動斷路器失靈保護，因此時機組出口斷路器在合閘位置，造成了失靈保護起動后無法返回而出口；其他則是發生在斷路器在分閘位置時，其共同的原因是保護裝置檢測到發電機中性點處的電流，導致斷路器失靈保護起動后無法返回而出口跳閘，這幾次的結果均造成斷路器失靈保護動作于出口，跳開了主變高壓側斷路器。斷路器失靈保護本是在收到機組斷路器跳閘命令后而斷路器因操作機構故障等原因無法跳開時，快速跳開相鄰斷路器以縮小故障范圍，保障機組及系統的穩定運行。根據前面所述，我廠斷路器失靈保護邏輯在設計上存在缺陷，造成多次斷路器失靈保護不正確動作。由于斷路器失靈保護動作后將擴大停電范圍，直接影響了電網系統及我廠設備的安全穩定運行，因此我們將對當前的斷路器失靈保護邏輯進行改進，以提高系統的穩定運行。

一、機組出口斷路器失靈保護簡介

我廠機組出口斷路器失靈保護是由AREVA公司的MICOM P343保護裝置實現的。由保護接線圖可以看出，保護裝置P343的數據是由三組CT和一組PT測量而來，其中緊靠接地變壓器的一組單相CT用于定子95%接地保護；中性點引出線與主變低壓側共兩組CT用于發電機差動保護及其他電流相關的保護（如負序過流、功率保護等），發電機出口處PT主要用于頻率、電壓、功率保護的電壓量采集。惠蓄電站原斷路器失靈保護涉及的電流判別元件所取的電流量來自中性點引出線處CT。

二、斷路器失靈保護邏輯說明

一般來說，簡單的斷路器失靈保護，只需要使用一個計時器，即“CB Fail 1 Timer”。當斷路器因保護動作需要打開時，“CB Fail 1 Timer”將啟動，當斷路器正常動作斷開后，“CB Fail 1 Timer”返回；當斷路器因故障無法打開時，“CB Fail 1 Timer”延時時間到，將出口斷路器失靈保護，跳開故障斷路器相鄰斷路器。

而我廠機組出口斷路器失靈保護使用到兩個定時器，分別為“CB Fail 1 Timer”和“CB Fail 2 Timer”。帶備用延時跳閘保護的二次跳閘設計需要用到“CB Fail 1 Timer”和“CB Fail 2 Timer”兩個定時器，“CB Fail 1 Timer”用于延時時間到后重新發跳閘令跳本斷路器，如果斷路器故障仍無法斷開，則“CB Fail 2 Timer”延時時間到后將發跳閘令至故障斷路器的相鄰斷路器。

斷路器失靈保護可以由軟件內部的保護功能動作或者外部的邏輯輸入量（External Trip）來啟動，斷路器失靈保護的“CB Fail 1 Timer”和“CB Fail 2 Timer”的返回方式有：

1）電流值小于設定值（I2）斷路器開位且電流小于設定值（CB Open &I<）。保護裝置收到斷路器位置在斷開位且檢測到電流值低于設定值時，計時器返回。

3）保護返回且電流小于設定值（Prot Reset &I<）。當保護裝置檢測到故障消除，保護自動返回并且檢測到電流值低于設定值時，計時器返回。

三、存在的缺陷

惠蓄電廠原來的斷路器失靈保護設置為：由機組斷路器的跳閘信號和軟件內部的保護動作變量起動斷路器失靈保護，經延時0.3s發跳閘令至上一級500kV斷路器及其它相鄰開關，斷路器失靈保護起動后的返回條件為斷路器開位且電流小于設定值（CB Open & I<），低電流定值為0.04A，電流判別元件取用電流值來自發電機中性點引出線處CT。

原設計存在以下缺陷：

1）由于所有的保護功能動作均能起動斷路器失靈，當P343裝置內部分保護功能僅用于報警或跳其他開關而不跳機組斷路器時，軟件內部仍然會起動斷路器失靈，且由于不跳機組斷路器，造成斷路器失靈保護起動后無法返回，將動作于跳500kV開關；

2）當發電機發生故障時，即使保護正確動作，已經跳開機組斷路器，但由于機組剩磁的影響，在機組內部發生故障時，在中性點處仍然會有故障電流存在，也造成斷路器失靈保護起動后無法返回，將跳500kV開關。而事實上此時跳上一級開關對保護發電機毫無意義。

四、消除缺陷

針對斷路器失靈保護存在的缺陷，對原設計進行了以下改進：

1）針對軟件內部變量會起動斷路器失靈，對內部變量“Any Trip”進行重新定義。僅將動作于跳機組斷路器的trip信號經“或”門定義成“Any Trip”變量。這樣改進后，當僅動作于信號或者僅跳其他開關的保護功能動作時，將不起動斷路器失靈保護，不會造成斷路器失靈保護誤動。

2）將斷路器失靈保護的電流判別元件所取電流的位置進行修改，由以前的取自發電機中性點引出線處修改至變壓器低壓側。將定值“I< CT Source”由發電機中性點處CT（IA-1，IB-1，IC-1）更改為變壓器低壓側CT（IA-2，IB-2，IC-2）。如下圖示。

方案制定完成后，對P343系列保護裝置內的軟件邏輯進行了修改，并利用備品備件進行了相關試驗，驗證了該方案能夠有效的解決原斷路器失靈保護存在的各種缺陷。

該方案改變了保護廠家關于斷路器失靈保護起動條件“一把抓”的缺陷，提出了合理的斷路器失靈保護起動條件。針對發電機保護的多個保護功能，僅選擇動作于跳機組斷路器的保護功能的動作元件配置“Any Trip”變量，通過“Any Trip”變量限制斷路器失靈保護的起動條件，能夠有效的避免斷路器失靈保護誤起動、誤動作的問題。

針對發電機內部故障時，斷路器失靈保護的電流判別元件仍然能夠檢測到電流，造成失靈保護無法返回的問題，經過仔細分析，反復論證，最終選擇發電機出口側（即主變低壓側）的CT作為失靈保護電流判別元件的電流取自點，能夠避免失靈保護起動后不能正確返回的問題。

五、對于蓄能電站的深遠意義

抽水蓄能電廠在電力系統中的重要性日益突出，已成為保證電網安全穩定運行的一個重要保障，因此，如何保證抽水蓄能機組的可用性就具有十分重要的意義。

惠蓄電站尚處于建設階段，由于種種原因，在有些（下轉第138頁）（上接134頁）設計上存在各種缺陷，特別是直接關系到機組安全穩定運行的斷路器失靈保護上存在重大缺陷，一旦誤動，將直接切除兩臺機組，損失近600MW負荷，一方面對電網產生較大的沖擊，將直接影響到電網的穩定運行；另一方面同時甩2臺機組，將對水道系統及機組本身造成較大的危害，嚴重影響到設備安全。

總的來說，這次的改造對我廠有以下幾點意義：

1）這次改造能有效的減小斷路器失靈保護誤動風險，保證了機組的可靠性和可用率，對機組的安全穩定運行具有重要的意義；

2）惠蓄電廠機組采用的聯合單元接線，一旦斷路器失靈保護誤動引起500kV開關跳閘，不但會切除本臺機組，同時也會切除相鄰運行機組，對主變設備及電網造成較大的沖擊，嚴重影響到系統的安全穩定運行。

3）斷路器失靈保護誤動引起500kV開關跳閘，將同時切除兩臺機組，造成兩臺機組同時甩負荷，對發電機本身將可能造成較大的損害，同時對水道系統也可能造成一定的損害，嚴重影響到電廠的安全穩定運行。

由此可知，該方案十分有效的解決了惠蓄電廠原斷路器失靈保護存在的各種缺陷，能有效的解決斷路器失靈保護誤動作的問題，極大的提高了機組斷路器失靈保護的可靠性、準確性，為惠蓄電廠機組能夠更好的參與電網的調峰調頻工作提供了可靠保證。

參考文獻：

[1] 王維儉.發電機變壓器繼電保護應用.北京：中國電力出版社，1998年.

[2] 伍政團.斷路器失靈保護的問題與改進[J].中國電力，1998年04期.

[3] 周榮斌，余冬，張武洋.發電機出口斷路器失靈保護方案改進研究[J].東北電力技術，2015年36期.

作者簡介：

江志堅（1985-），男，本科，廣東人，研究方向：電動發電機及變壓器繼電保護。