淺談DRS型發(fā)電機(jī)電壓限制過(guò)流保護(hù)誤動(dòng)原因及改進(jìn)措施

張曉宇

(杭州華電下沙熱電有限公司，浙江 杭州 310018)

1 機(jī)組概況

某2×100 MW級(jí)“二拖一”多軸聯(lián)合循環(huán)供熱機(jī)組電廠，配置2臺(tái)PG6111FA型燃機(jī)發(fā)電機(jī)、2臺(tái)余鍋、1臺(tái)QFW—88—2汽輪發(fā)電機(jī)。燃機(jī)發(fā)電機(jī)組為高壓變頻 (簡(jiǎn)稱SFC) 啟動(dòng)方式，啟動(dòng)時(shí)發(fā)電機(jī)作為同步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)同軸燃機(jī)至燃燒自持轉(zhuǎn)速。燃機(jī)發(fā)電機(jī)保護(hù)采用奧地利ELIN公司DRS微機(jī)保護(hù)裝置。

2 事件過(guò)程

2020年1月14日6時(shí)57分18秒，11號(hào)燃機(jī)點(diǎn)火SFC拖動(dòng)加速過(guò)程中，燃機(jī)轉(zhuǎn)速至2 000轉(zhuǎn)時(shí)(未并網(wǎng))，DRS保護(hù)裝置報(bào)“Oercunent Voltage restrained ”(代號(hào)51V)及“Breaker failure”(代號(hào)50BF斷路器失靈)跳閘信號(hào)。同時(shí)，11號(hào)主變保護(hù)C屏(11號(hào)發(fā)電機(jī)聯(lián)跳11號(hào)主變)光字牌翻牌，保護(hù)動(dòng)作跳開(kāi)11號(hào)主變220 kV開(kāi)關(guān)(52L)，燃機(jī)自動(dòng)停機(jī)6 kVⅠ段廠用電自切換成功。

3 保護(hù)誤動(dòng)原因分析

3.1 電壓限制過(guò)流保護(hù)動(dòng)作分析

電壓限制過(guò)流保護(hù)是發(fā)電機(jī)短路故障的后備保護(hù)(見(jiàn)表1)，功能類似于國(guó)內(nèi)常配置的復(fù)壓記憶過(guò)流保護(hù)，但采用的是比例制動(dòng)特性原理保護(hù)動(dòng)作于跳發(fā)電機(jī)斷路器(見(jiàn)圖1)。保護(hù)電壓取自發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓互感器(Min of T43 11500/100 V),保護(hù)電流取自發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)電流互感器(Max of T32 5500/5)額定二次電流、電壓(Ie=5 A，Ue=100 V)

表1 51V保護(hù)整定值(額定標(biāo)幺值)

圖1 發(fā)電機(jī)電壓限制過(guò)流保護(hù)邏輯圖

動(dòng)作方程：(標(biāo)幺值pU)

核對(duì)11號(hào)發(fā)電機(jī)DRS裝置故障錄波發(fā)現(xiàn)(見(jiàn)圖2)，保護(hù)動(dòng)作時(shí)發(fā)電機(jī)定子電流(Max=0.246 pU)1.23 A，機(jī)端電壓(Min=0.143 pU)14.3 V。此時(shí)，電氣量參數(shù)在動(dòng)作區(qū)域|0.246>0.15|，滿足電氣量動(dòng)作條件。由于燃機(jī)在點(diǎn)火加速階段需SFC輔助，此時(shí)定子電流將逐漸增加至恒定，使SFC輸出功率穩(wěn)定，配合燃料增加保持轉(zhuǎn)子均勻加速到4 398 r/min的自持轉(zhuǎn)速。因此，該工況下的定子電流超限且不跟隨機(jī)端電壓值變化的情況并非短路故障，此時(shí)閉鎖條件60 or SFC.Star(SFC運(yùn)行信號(hào))應(yīng)當(dāng)置1閉鎖保護(hù)動(dòng)作出口。檢查報(bào)文及開(kāi)關(guān)量記錄發(fā)現(xiàn)，SFC in operatin 指令發(fā)出，但閉鎖開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)一直為0(見(jiàn)圖3)；滿足51V保護(hù)動(dòng)作條件。

圖2 11號(hào)發(fā)電機(jī)DRS裝置錄波圖

圖3 閉鎖條件輸出錄波圖

3.2 斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作分析

發(fā)電機(jī)50BF保護(hù)功能被激活于(52G OPENING)斷路器分閘故障，且斷路器跳閘后，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)CT機(jī)端二次電流必須降低到定值以下(<0.55 A)，反之下一個(gè)斷路器(52L)將跳閘。由于當(dāng)時(shí)燃機(jī)未并網(wǎng)，發(fā)電機(jī)開(kāi)關(guān)(52G)尚未合閘；而保護(hù)動(dòng)作時(shí)發(fā)電機(jī)定子電流(Max=0.246 pU)=1.23 A>0.55 A,滿足保護(hù)動(dòng)作條件。因此，保護(hù)動(dòng)作出口跳開(kāi)下一級(jí)11號(hào)主變220 kV開(kāi)關(guān)(52L)，保護(hù)動(dòng)作正確。

3.3 查找原因分析

由于SFC start activated (激活指令)——SFC in operatin(運(yùn)行指令)均正常發(fā)出，因此A25(PLC)故障可基本排除。對(duì)照SFC運(yùn)行閉鎖回路圖(見(jiàn)圖4)，結(jié)合閉鎖輸出置0現(xiàn)象，可鎖定異常范圍：SFC位置閉鎖繼電器K93去保DRS裝置一路。

經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)：一是K93繼電器11-14動(dòng)作觸頭接觸電阻為4 Ω嚴(yán)重偏大(小功率繼電器接觸電阻<100 mΩ)。二是所使用的finder 55.34型繼電器的觸頭容量?jī)H為7 A，而二次額定電流為5 A，未留足1倍的裕度，加劇觸頭損耗和發(fā)熱。

進(jìn)一步拆解發(fā)現(xiàn)觸頭已有明顯燒蝕發(fā)黑痕跡(發(fā)熱量C=0.24×I2×R×T)。接觸電阻變大的危害在于電流在觸點(diǎn)上產(chǎn)生的熱量增大，使得觸頭載流量下降，極易造成接觸不可靠，使受控元件間歇性失靈；若熱量過(guò)大嚴(yán)重時(shí)將燒壞觸點(diǎn)。因此，K93繼電器的異常造成了無(wú)閉鎖信號(hào)輸出至保護(hù)裝置，從而引起SFC拖動(dòng)期間51V保護(hù)誤動(dòng)。

圖4 SFC啟動(dòng)閉鎖條件輸出回路圖

圖5 改進(jìn)后啟動(dòng)閉鎖條件輸出回路

4 改進(jìn)措施及建議

4.1 更換大觸點(diǎn)容量的同規(guī)格繼電器

依據(jù)《自動(dòng)化電力行業(yè)規(guī)范》(DLT 1083—2008)電氣直流控制回路等，中間繼電器的觸點(diǎn)容量應(yīng)高于額定電流的1倍以上的要求。采取的措施為：對(duì)DRS裝置所涉及保護(hù)閉鎖信號(hào)輸入的中間繼電器，更換觸點(diǎn)容量為10 A的finder 55.33型繼電器，以滿足繼電器觸點(diǎn)容量有足夠載流量，保證繼電器正確動(dòng)作可靠性。

4.2 增加冗余閉鎖回路繼電器

該燃機(jī)電廠為調(diào)峰機(jī)組啟停頻繁，加之一次啟動(dòng)過(guò)程中SFC往往要經(jīng)歷數(shù)次啟停；為進(jìn)一步增強(qiáng)可靠性，在原有閉鎖回路基礎(chǔ)上增1組冗余繼電器K93.1(見(jiàn)圖5)，避免因單一元件故障導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)。同時(shí)，考慮到冗余繼電器的并接方式導(dǎo)致線圈總電阻減半，致使回路電流增大。因此，回路串入1只10 k的限流電阻，以保證回路工作電流處于規(guī)定值，增強(qiáng)穩(wěn)定性。

4.3 完善保護(hù)硬壓板投退方式

考慮到SFC拖動(dòng)變頻加速過(guò)程中產(chǎn)生的高次諧波影響，與之保護(hù)相關(guān)的電量存在一定的畸變情況，建議在機(jī)組啟動(dòng)期間退出(發(fā)電機(jī)聯(lián)跳主變220 kV開(kāi)關(guān)硬壓板)，待機(jī)組并網(wǎng)后投入該壓板，最大限度縮小可能因發(fā)電機(jī)保護(hù)誤動(dòng)等所波及的事故范圍。

5 結(jié) 論

通過(guò)對(duì) DRS型發(fā)電機(jī)電壓限制過(guò)流保護(hù)誤動(dòng)跳閘事故分析，找到并確認(rèn)原因，剖析了保護(hù)誤動(dòng)的原理和過(guò)程。通過(guò)增設(shè)冗余閉鎖回路繼電器方案、優(yōu)化中間繼電器的選型以及完善保護(hù)壓板的投退方式，較好地解決了SFC拖動(dòng)過(guò)程中閉鎖回路故障造成保護(hù)誤動(dòng)的問(wèn)題，保障了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

■