失靈保護(hù)在實際接線方面的應(yīng)用

摘 要：針對發(fā)變組出線開關(guān)采用分相式操作機(jī)構(gòu)，一旦機(jī)構(gòu)卡澀或者回路等原因造成一相或兩相斷路器未合好或未跳開，致使發(fā)電機(jī)處于非全相運(yùn)行狀態(tài)，簡單分析非全相運(yùn)行，對發(fā)電機(jī)的危害，并提出將非全相運(yùn)行與失靈保護(hù)配合以切除故障，最大限度降低對發(fā)電機(jī)的損害。

關(guān)鍵詞：失靈保護(hù)；非全相運(yùn)行；負(fù)序電流；分相操作機(jī)構(gòu)

1 概述

發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行是指斷路器分相操作機(jī)構(gòu)在進(jìn)行分、合閘過程中，由于某種原因造成一相或兩相開關(guān)未合好或未跳開，致使定子三相電流嚴(yán)重不平衡的一種故障現(xiàn)象。電力系統(tǒng)高壓線路單相瞬時性故障發(fā)生的幾率較大，為了減少停電范圍，220kV以上電壓等級通常設(shè)置單相重合閘，允許短時非全相運(yùn)行，因此其斷路器普遍采用分相式操作機(jī)構(gòu)。有些電廠在選用發(fā)變組出線斷路器時連同線路一起，選擇了分相操作機(jī)構(gòu)式斷路器，而發(fā)電機(jī)不允許出現(xiàn)非全相運(yùn)行狀態(tài)。

2 非全相運(yùn)行危害

眾所周知發(fā)，電機(jī)“非全相運(yùn)行”嚴(yán)重威脅系統(tǒng)穩(wěn)定和機(jī)組安全，其危害是產(chǎn)生負(fù)序電流，此負(fù)序電流會產(chǎn)生一個負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場，它的旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反，其轉(zhuǎn)速對轉(zhuǎn)子的相對速度可以認(rèn)為是兩倍的同步轉(zhuǎn)速。這個兩倍的同步轉(zhuǎn)速掃過轉(zhuǎn)子表面的負(fù)序磁場的出現(xiàn)將會對發(fā)電機(jī)造成危害。（1）在轉(zhuǎn)子本體和各部件中感應(yīng)出兩倍頻率的電流，從而引起附加損耗，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子過熱。倍頻電流主要在轉(zhuǎn)子表面流過，并將在護(hù)環(huán)與轉(zhuǎn)子本體之間、槽楔與槽壁之間等接觸面上形成局部過熱，嚴(yán)重時極有可能造成發(fā)電機(jī)損壞；（2）負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子電流作用，正序旋轉(zhuǎn)磁場與定子負(fù)序電流作用產(chǎn)生100Hz的交變電磁力矩，作用在轉(zhuǎn)子大軸和定子基座上，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子會產(chǎn)生振動，從而引起軸瓦及汽輪機(jī)葉片損壞。為了防止發(fā)電機(jī)出現(xiàn)上述現(xiàn)象的發(fā)生，目前發(fā)電廠均配置各種發(fā)電機(jī)非全相保護(hù)、斷路器非全相保護(hù)、斷路器本體非全相保護(hù)等。

3 失靈保護(hù)概念

斷路器失靈保護(hù)是指電氣設(shè)備發(fā)生故障時，保護(hù)動作發(fā)出跳閘命令而斷路器拒動時，能夠以較短的時限切除同一廠站內(nèi)其它有關(guān)的斷路器，使停電限制在最小范圍，從而保證整個電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，避免造成發(fā)電機(jī)、變壓器等故障元件的嚴(yán)重?zé)龘p和電網(wǎng)的崩潰瓦解事故。斷路器拒動是電網(wǎng)故障情況下又疊加斷路器操作失靈的雙重故障，允許適當(dāng)降低其保護(hù)要求，但必須以最終能切除故障為原則。在現(xiàn)代高壓和超高壓電網(wǎng)中，斷路器失靈保護(hù)作為一種近后備保護(hù)方式得到了普遍采用。發(fā)變組斷路器失靈保護(hù)動作邏輯通常為以下三條、缺一不可（如圖1）（1）對應(yīng)斷路器保護(hù)動作出口，即保護(hù)接點動作未返回；（2）斷路器任一相存在故障電流，Ia、Ib、Ic三相任一相存在故障電流且大于失靈保護(hù)定值Izd，或者主變高壓側(cè)零序電流大于整定值（3Io>3Iozd）；（3）斷路器三相狀態(tài)不一致接點開入，即斷路器合閘位置（HWJ）或跳閘位置（TWJ）至少一相未斷開。

圖1 發(fā)電機(jī)失靈保護(hù)邏輯圖（技改前）

4 非全相與失靈保護(hù)配合

綜上所述，雖然發(fā)電廠配置各種“非全相保護(hù)”但是一旦出現(xiàn)斷路器機(jī)構(gòu)卡澀、壓力降低或者跳閘回路出現(xiàn)故障，必然會引起發(fā)電機(jī)非全相運(yùn)行，而且任何非全相保護(hù)對于故障斷路器本身可能毫無作用，因此只能采用非全相與失靈保護(hù)配合來隔離故障斷路器的方法切除故障，保護(hù)發(fā)電機(jī)。雖然發(fā)變組保護(hù)中配置失靈保護(hù)，在發(fā)電機(jī)負(fù)荷很小時，其保護(hù)裝置及變壓器高壓側(cè)零序電流（3Io）也很小達(dá)不到動作值，失靈保護(hù)可能拒動，為了提高保護(hù)可靠性因此提出：（1）在發(fā)電機(jī)失靈保護(hù)中引入斷路器本體“非全相保護(hù)”繼電器接點（見圖2橢圓虛線部分）。即將非全相接點和原保護(hù)接點并聯(lián)接入失靈保護(hù)“與門”邏輯。這樣可以保證在正常分合閘，及斷路器偷跳情況下出現(xiàn)非全相而保護(hù)接點未閉合時，能夠啟動失靈保護(hù)；（2）為了保證斷路器狀態(tài)開入量的可靠，將位置判據(jù)接點HWJ（合閘位置）和TWJ（跳閘位置）接點換成斷路器輔助接點組合，即斷路器A、B、C三相的一組常開節(jié)點與一組常閉節(jié)點串聯(lián)然后并聯(lián)搭接方式。（如圖技改前、后矩形虛線部分）。（3）將變壓器高壓側(cè)零序電流采樣換成發(fā)電機(jī)側(cè)負(fù)序電流采樣，（如圖技改前后橢圓虛線部分）定值按躲過發(fā)電機(jī)允許長期負(fù)序電流承受值8%In整定，其靈敏度遠(yuǎn)大于高壓側(cè)零序電流靈敏度。即使發(fā)變組斷路器在剛剛并網(wǎng)，或者剛剛與系統(tǒng)解列負(fù)荷很小，如果出現(xiàn)非全相運(yùn)行，當(dāng)負(fù)序電流大于8%In時將啟動失靈保護(hù)；當(dāng)小于8%In，失靈保護(hù)不啟動也不會對發(fā)電機(jī)造成危害，根據(jù)聲光信號確定存在“非全相運(yùn)行”可以采取措施消除故障斷路器。正常運(yùn)行時即使負(fù)序電流超過定值，此時還有其它兩個判據(jù)邏輯，失靈保護(hù)也不會發(fā)生誤動。

圖2 發(fā)電機(jī)失靈保護(hù)邏輯圖（技改后）

5 結(jié)束語

技改完成后如果出現(xiàn)機(jī)構(gòu)或控制回路原因造成發(fā)電機(jī)“非全相運(yùn)行”時，（1）其斷路器本體“非全相”保護(hù)接點閉合；（2）斷路器三相不一致接點導(dǎo)通；（3）發(fā)電機(jī)側(cè)負(fù)序電流達(dá)到整定值。因此，將啟動“失靈保護(hù)”延時跳開母聯(lián)、及所在母線側(cè)斷路器，隔離故障斷路器及發(fā)變組，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和機(jī)組的安全。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：周棣華（1968，5-），男，江蘇徐州人，徐州 城電力有限責(zé)任公司檢修部，助理工程師，主要從事繼電保護(hù)工作。