某電廠發(fā)電機(jī)組保護(hù)誤動(dòng)分析及解決方案

陳 緒，劉 志

(1.重慶九龍電力股份有限公司九龍發(fā)電分公司，重慶400053;2.重慶發(fā)電廠，重慶400053)

0 引言

發(fā)電機(jī)縱向零序電壓式匝間保護(hù)，能反映發(fā)電機(jī)同相同分支匝間短路、同相不同分支之間匝間短路及分支繞組開焊故障。對于中性點(diǎn)側(cè)只引出三個(gè)端子的發(fā)電機(jī)，縱向零序電壓式匝間保護(hù)是一種可供選用的方案［1］。因此縱向零序電壓式匝間保護(hù)在國內(nèi)大、中型機(jī)組中被廣泛應(yīng)用。但這種保護(hù)裝置在多年的運(yùn)行中誤動(dòng)較多，保護(hù)正確動(dòng)作率較低，造成這種原因并不是該型保護(hù)裝置在原理上存在問題，而是既有運(yùn)行管理部門在定值整定及運(yùn)行維護(hù)方面把關(guān)不嚴(yán)，也有保護(hù)裝置制造廠家，在設(shè)計(jì)方案上考慮不周造成的。

某發(fā)電廠200MW發(fā)電機(jī)采用的是許繼電氣股份公司生產(chǎn)的WFB-100微機(jī)型發(fā)變組成套保護(hù)裝置，2004年10月投入運(yùn)行，在2007年10月的一次停機(jī)中，當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)荷降至12MW左右時(shí)，發(fā)電機(jī)縱向零序電壓式匝間保護(hù)動(dòng)作將機(jī)組解列。下面就對該裝置中發(fā)電機(jī)縱向零序電壓式匝間保護(hù)的構(gòu)成原理、動(dòng)作行為進(jìn)行簡單的分析。

1 縱向零序電壓式匝間保護(hù)的構(gòu)成

該發(fā)電機(jī)縱向零序電壓式匝間保護(hù)采用縱向零序電壓作為主判據(jù)，為防止專用TV斷線時(shí)保護(hù)誤動(dòng)，引入TV斷線閉鎖;另外，為防止區(qū)外故障或其他原因(例如，專用TV回路有問題)產(chǎn)生的縱向零序電壓使保護(hù)誤動(dòng)，引入故障分量負(fù)序功率方向元件，故障分量負(fù)序方向元件與縱向零序電壓組成“與”門。實(shí)現(xiàn)匝間保護(hù);發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前，因ΔI2=0，則故障分量負(fù)序功率方向元件失效，因此增加了三相電流低判據(jù)，由縱向零序電壓與三相低電流元件(Ia、Ib、Ic)組成“與”門實(shí)現(xiàn)匝間保護(hù)，但實(shí)際上此時(shí)僅縱向零序電壓元件起作用，為防止暫態(tài)干擾造成保護(hù)誤動(dòng)，一般還增加一短延時(shí)t(一般整定50～100ms)。發(fā)電機(jī)縱向零序電壓式匝間保護(hù)的邏輯框圖如圖1。圖1中保護(hù)裝置的三相電流(Ia、Ib、Ic)取自于發(fā)電機(jī)機(jī)端電流互感器，三相電壓(Ua、Ub、Uc)及零序電壓(3 U0)取自于縱向零序電壓式匝間保護(hù)專用電壓互感器。

圖1 發(fā)電機(jī)匝間保護(hù)邏輯框圖

2 發(fā)電機(jī)匝間保護(hù)的動(dòng)作行為

從圖1中可知:匝間保護(hù)的一種出口方式是3 U0與ΔP2組成“與”邏輯，當(dāng)3 U0、ΔP2都動(dòng)作時(shí)，縱向零序電壓式匝間保護(hù)動(dòng)作出口;另一種出口方式是3 U0與三相低電流元件(Ia、Ib、Ic)組成“與”邏輯，當(dāng)3 U0動(dòng)作、三相低電流元件(Ia、Ib、Ic)均動(dòng)作時(shí)，縱向零序電壓式匝間保護(hù)經(jīng)短延時(shí)動(dòng)作出口。

2007年10月那次發(fā)電機(jī)停機(jī)時(shí)，從縱向零序電壓式匝間保護(hù)的動(dòng)作錄波中，發(fā)現(xiàn)有3 U0電壓存在，而且3 U0電壓值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于保護(hù)裝置的整定值。且從DCS事故追憶系統(tǒng)中得知，機(jī)組解列時(shí)發(fā)電機(jī)負(fù)荷12MW左右，在機(jī)組減負(fù)荷過程中無任何異常現(xiàn)象。事后對縱向零序電壓式匝間保護(hù)進(jìn)行檢驗(yàn)，3 U0、ΔP2及三相低電流元件動(dòng)作均正常，各元件的定值均未發(fā)生變化。在對一次設(shè)備進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)縱向零序電壓式匝間保護(hù)專用TV的一次側(cè)有一相熔斷器熔斷。而發(fā)電機(jī)帶12MW左右負(fù)荷時(shí)，其定子電流大約0.06 Ie。這樣可以確定縱向零序電壓式匝間保護(hù)是3 U0動(dòng)作、三相低電流(Ia、Ib、Ic)元件均動(dòng)作，而匝間保護(hù)中的TV斷線閉鎖元件未起到可靠閉鎖作用，從而使縱向零序電壓式匝間保護(hù)延時(shí)動(dòng)作出口，導(dǎo)致了機(jī)組解列。

3 TV斷線閉鎖元件的動(dòng)作行為及產(chǎn)生的后果

該縱向零序電壓式匝間保護(hù)中TV斷線閉鎖元件的相電壓和零序電壓，均取自于該匝間保護(hù)的專用TV。TV斷線閉鎖元件的動(dòng)作判據(jù)一是:

動(dòng)作判據(jù)二是:三相電壓均低于8V，且0.06 Ie＜Ia＜Iset。只要滿足兩判據(jù)中任意一個(gè)，就判TV斷線。

對于式(1)所示判據(jù)，當(dāng)TV一次側(cè)出現(xiàn)斷線或熔斷器熔斷時(shí)，在TV的開口三角形繞組中就會(huì)出現(xiàn)3 U0，式(1)就不成立，此時(shí)TV斷線閉鎖元件就不能正確動(dòng)作;當(dāng)TV二次側(cè)單相及兩相斷線時(shí);在TV的開口三角形繞組中就不會(huì)出現(xiàn)3 U0，式(1)就成立，此時(shí)TV斷線閉鎖元件就能正確動(dòng)作。

而三相電壓均低于8V，且0.06 Ie＜Ia＜Iset判據(jù)，只能判斷TV三相失壓。因此基于上述兩判據(jù)構(gòu)成的TV斷線閉鎖元件，在發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行中，如果專用TV一次側(cè)斷線或熔斷器熔斷，TV斷線閉鎖元件就不能正確動(dòng)作，發(fā)出動(dòng)作信號提示值班人員，當(dāng)然現(xiàn)場巡視人員也不可能發(fā)現(xiàn)TV一次側(cè)斷線或熔斷器熔斷。這樣就導(dǎo)致了發(fā)電機(jī)停機(jī)中，在負(fù)荷降至12MW左右時(shí)，縱向零序電壓式匝間保護(hù)動(dòng)作將機(jī)組解列。從另一方面來看，在發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行中。如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)TV一次側(cè)斷線或熔斷器熔斷，當(dāng)發(fā)生區(qū)外不對稱故障時(shí)，此時(shí)微機(jī)保護(hù)裝置通過TV和TA采樣來計(jì)算ΔU2和ΔI2，則其計(jì)算結(jié)果就不能準(zhǔn)確反映ΔU2，從而影響ΔP2的計(jì)算值，ΔP2的動(dòng)作行為就很難確定。再者如果TA回路又發(fā)生故障，此時(shí)就會(huì)產(chǎn)生ΔI2，ΔP2就可能動(dòng)作。因此該縱向零序電壓式匝間保護(hù)中的TV斷線閉鎖元件，在TV斷線時(shí)不能起到有效閉鎖保護(hù)的作用，必須對TV斷線閉鎖元件的動(dòng)作判據(jù)進(jìn)行改進(jìn)。

4 TV斷線閉鎖元件的改進(jìn)

采用縱向零序電壓作為主判據(jù)的發(fā)電機(jī)匝間保護(hù)，必須增設(shè)TV斷線閉鎖元件，為了使TV斷線閉鎖元件在TV一次側(cè)斷線或熔斷器熔斷時(shí)，以及TV二次側(cè)單相、兩相斷線或三相失壓時(shí)起到可靠閉鎖相關(guān)保護(hù)的作用。經(jīng)過認(rèn)真的分析，并借鑒了其他保護(hù)裝置生產(chǎn)廠家的經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為采用電壓平衡式TV斷線閉鎖元件可行，其邏輯框圖見圖2。圖2中TV1表示縱向零序電壓式匝間保護(hù)專用電壓互感器，TV2表示通用電壓互感器。

圖2 改進(jìn)后的TV斷線閉鎖元件邏輯框圖

從電壓平衡式TV斷線閉鎖元件的邏輯框圖可知，電壓平衡式TV斷線判據(jù)是比較兩組電壓互感器二次側(cè)的電壓，當(dāng)某一TV不論一次側(cè)或二次側(cè)失去電壓時(shí)繼電器動(dòng)作(該TV斷線閉鎖元件不考慮兩組TV的同一相同時(shí)發(fā)生斷線)，一方面瞬時(shí)發(fā)出TV斷線信號告知值班人員。另一方面瞬時(shí)閉鎖相關(guān)保護(hù)。

5 TV斷線閉鎖元件改進(jìn)后的發(fā)電機(jī)匝間保護(hù)邏輯框圖

發(fā)電機(jī)的匝間保護(hù)，采用縱向零序電壓作為主判據(jù)，在原理上是可行的，只要合理運(yùn)用相關(guān)的輔助判據(jù)，認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，采取切實(shí)有效的改進(jìn)措施，就能提高縱向零序電壓式匝間保護(hù)的動(dòng)作可靠性，因此縱向零序電壓式匝間保護(hù)中的TV斷線閉鎖元件改進(jìn)后。保護(hù)裝置的邏輯框圖也發(fā)生了變化，其邏輯框圖見圖3。

圖3 TV斷線閉鎖改進(jìn)后的發(fā)電機(jī)匝間保護(hù)邏輯框圖

TV斷線閉鎖元件更改完成后，對縱向零序電壓式匝間保護(hù)裝置進(jìn)行了一次全部檢驗(yàn)，其動(dòng)作行為完全滿足要求。并在發(fā)電機(jī)開機(jī)時(shí)，通過實(shí)際模擬縱向零序電壓式匝間保護(hù)專用TV的一次側(cè)熔斷器熔斷，來檢驗(yàn)TV斷線閉鎖元件的正確性。其結(jié)果是TV斷線信號可靠發(fā)出，縱向零序電壓式匝間保護(hù)可靠不動(dòng)作。圖3中U1a、U1b、U1c及3 U0取自于縱向零序電壓式匝間保護(hù)專用電壓互感器，U2a、U2b、U2c取自于通用電壓互感器。

6 結(jié)束語

該電廠2007年10月那次保護(hù)誤動(dòng)的原因是:縱向零序電壓式匝間保護(hù)中原TV斷線閉鎖判據(jù)不能反映TV一次側(cè)斷線或熔斷器熔斷，造成了縱向零序電壓式匝間保護(hù)誤動(dòng)。為避免此類事故再次發(fā)生，應(yīng)該對設(shè)備制造廠家的保護(hù)裝置設(shè)計(jì)方案嚴(yán)格把關(guān)，并加強(qiáng)對保護(hù)裝置中各組成元件動(dòng)作行為的分析，同時(shí)，運(yùn)行管理部門應(yīng)加強(qiáng)保護(hù)裝置的運(yùn)行維護(hù)和管理。

通過對保護(hù)方案的改進(jìn)，監(jiān)視內(nèi)容更全面，不論使用TV斷線或縱向零序電壓式匝間保護(hù)專用TV斷線，都會(huì)發(fā)出聲、光信號提示值班人員，而且，專用TV斷線時(shí)，能可靠閉鎖縱向零序電壓式匝間保護(hù)裝置，防止保護(hù)誤動(dòng)。幾年來的生產(chǎn)表明，保護(hù)方案的改進(jìn)是有效的。

［1］王維儉.發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)應(yīng)用(第二版)［M］.北京:中國電力出版社，2004.