發(fā)電機出口斷路器失靈保護(hù)方案改進(jìn)研究

周榮斌，余 冬，張武洋

（1.南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211100；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006）

發(fā)電機出口斷路器失靈保護(hù)方案改進(jìn)研究

周榮斌1，余 冬1，張武洋2

（1.南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇 南京 211100；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006）

對現(xiàn)階段常規(guī)機組配置的失靈保護(hù)進(jìn)行了研究，并在硬件回路和軟件邏輯上進(jìn)行了改進(jìn)，在一定程度上完善了發(fā)電機出口斷路器失靈保護(hù)方案。

發(fā)電機出口；斷路器；失靈保護(hù)；直流監(jiān)視

從機組啟動、保護(hù)主變及減少對電網(wǎng)的影響考慮，大型水輪機組及大容量火電、核電機組一般都裝設(shè)發(fā)電機出口斷路器 （GCB）。為防止直流接地，尤其是直流兩點接地或單一的開入監(jiān)視在硬件回路故障時，保護(hù)裝置誤判斷路器失靈開入置“1”，導(dǎo)致斷路器失靈保護(hù)誤動，對電網(wǎng)及電廠產(chǎn)生嚴(yán)重后果。目前很多繼電保護(hù)廠家GCB失靈保護(hù)大多經(jīng)相電流、負(fù)序電流進(jìn)行閉鎖，在發(fā)電機內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時，會產(chǎn)生較大故障電流，GCB失靈保護(hù)可以可靠動作。但對于定子接地、逆功率等保護(hù)動作并在GCB失靈時，由于故障電流較小，經(jīng)電流判據(jù)的GCB失靈保護(hù)將出現(xiàn)拒動［1］。同時，發(fā)電機出口斷路器由于連桿斷裂造成單相失靈時，由于發(fā)電機中性點經(jīng)接地變高阻接地，此時單相故障電流可能小于斷路器失靈保護(hù)電流判據(jù)而不能啟動斷路器失靈保護(hù)，導(dǎo)致發(fā)電機故障不能切除。

1 GCB失靈保護(hù)邏輯現(xiàn)狀

現(xiàn)有的GCB失靈判據(jù)通常取三相斷路器跳位輔助接點串聯(lián)用于判斷斷路器位置，通過保護(hù)動作開入與電流判據(jù)做與門判斷斷路器失靈，常規(guī)配置的GCB失靈保護(hù)邏輯如圖1所示。根據(jù) 《大型發(fā)電機變壓器繼電保護(hù)整定計算導(dǎo)則》相關(guān)規(guī)定，正序電流一般整定為1.2～1.3倍額定電流，負(fù)序電流整定為0.1～0.2倍額定電流。根據(jù)電廠及調(diào)試人員現(xiàn)場反饋，當(dāng)GCB跳閘，如定子接地、轉(zhuǎn)子接地、勵磁故障保護(hù)動作跳閘、GCB三相及單相拒動時，發(fā)電機出口斷路器失靈保護(hù)可能無法動作［2］。而對于某些機械故障導(dǎo)致某一相機構(gòu)拒動時，故障電流很小，可能小于保護(hù)整定的 “失靈相電流”、“失靈負(fù)序電流”，GCB失靈保護(hù)也無法動作。

2 GCB失靈保護(hù)硬件設(shè)計方案

圖1 常規(guī)失靈保護(hù)邏輯

為防止長電纜直流接地后電容電流導(dǎo)致保護(hù)裝置誤開入，引起誤啟動失靈保護(hù)動作，其他屏保護(hù)動作接點經(jīng)大功率重動繼電器后輸入。開入回路采用雙開入，2個開入量同時置 “1”，才認(rèn)為該失靈開入有效，外部設(shè)計回路如圖2所示。

圖2 硬件啟動回路

由于大型機組均為雙套保護(hù)配置，單個保護(hù)裝置開入硬件回路異常，另一套保護(hù)依然可正確動作，因此，雙開入設(shè)計方案并不會造成2套保護(hù)拒動［3］。

如直流正端接地后，在動作接點的輸出端再發(fā)生接地將導(dǎo)致動作接點被短接，給本屏有其他保護(hù)動作的假象，從而誤啟動失靈保護(hù)，因此保護(hù)裝置配置2個直流電壓光耦監(jiān)視回路，如圖3所示。

圖3 光耦監(jiān)視回路

保護(hù)裝置對光耦監(jiān)視1和光耦監(jiān)視2取與門，當(dāng)無接地時，保護(hù)動作接點開入，此時監(jiān)視回路1、2均動作，GCB失靈保護(hù)直流監(jiān)視開入為“1”，失靈啟動經(jīng)失靈電流低值。當(dāng)直流發(fā)生一點接地后，其中1個監(jiān)視回路被短接，接點返回，此時保護(hù)裝置失靈電流經(jīng)失靈電流高值閉鎖。

3 GCB失靈保護(hù)邏輯改進(jìn)

在對GCB失靈保護(hù)硬件回路改進(jìn)的基礎(chǔ)上，對GCB失靈保護(hù)內(nèi)部邏輯進(jìn)行改進(jìn)。完善其應(yīng)對定子接地、轉(zhuǎn)子接地、勵磁故障等保護(hù)動作下的失靈情況。

3.1 三相斷路器失靈判據(jù)

與常規(guī)GCB失靈判據(jù)相比，改進(jìn)后的邏輯為防止斷路器輔助接點動作不可靠或電纜接線松動，導(dǎo)致斷路器實際跳開，而誤認(rèn)為仍然處于合位的情況，以三相有流判據(jù)代替GCB輔助接點開入，增加直流光耦監(jiān)視開入。當(dāng)保護(hù)動作接點開入置“1”、機端三相有流判據(jù)滿足、保護(hù)軟硬壓板及控制字投入、直流電源正常時，機端電流最大相大于失靈相電流低定值或機端負(fù)序電流大于K倍的正序電流時，經(jīng)延時啟動失靈保護(hù)，邏輯如圖4所示。

圖4 三相失靈邏輯I1——表示機端正序電流；I2——表示機端負(fù)序電流

對失靈相電流可能小于額定電流的某些故障，如發(fā)電機定子繞組單相接地、定子繞組匝間短路等，當(dāng)斷路器失靈時，為保證相電流元件可靠動作，失靈相電流低定值應(yīng)按小于發(fā)電機組正常最小負(fù)荷電流計算 （為提高安全可靠性，相電流元件可采用雙重化與門判據(jù)），取0.8倍最小負(fù)荷電流，一般大型發(fā)電機組正常最小負(fù)荷電流小于0.5倍額定電流，因此取0.2～0.4倍額定電流［4］。機組出現(xiàn)異常或故障時，發(fā)電機保護(hù)跳閘出口方式分全?；虺绦蛱l，當(dāng)三相開關(guān)失靈，最終進(jìn)入發(fā)電機進(jìn)相狀態(tài)，此失靈相電流低值需在發(fā)電機安全進(jìn)相試驗時可靠動作，當(dāng)直流監(jiān)視開入異常時，邏輯圖與圖1一致。

3.2 非全相斷路器失靈判據(jù)

通常GCB由于電氣或機械聯(lián)動，不考慮非全相運行情況，但在實際運行中，曾出現(xiàn)過由于機械連桿斷裂導(dǎo)致GCB非全相的情況。由于發(fā)電機側(cè)為小接地系統(tǒng)，單相拒動時，失靈相電流將無法正常啟動GCB失靈保護(hù)，因此，對于此類情況造成的GCB失靈大型機組一般在機端斷路器的上下兩側(cè)都配有三相TV。通過比較兩側(cè)TV自產(chǎn)零序電壓大小判斷GCB兩相或單相失靈，如圖5所示。斷路器處于合位t1后，投入不一致判斷，斷路器在分位時退出。當(dāng)出現(xiàn)不一致后開放時間t2，開放時間滿足大于失靈保護(hù)時間即可。其中GCB兩端3U0差大于αUn，用于判斷是否出現(xiàn)機構(gòu)三相不一致 （如機械連桿斷裂），導(dǎo)致某一相或某兩相拒動。由于需要借助GCB兩端TV自產(chǎn)零序電壓判斷是否出現(xiàn)不一致，當(dāng)判斷出機端TV斷線時，該判據(jù)應(yīng)退出，機端TV斷線判別本身有延時，本處不設(shè)置延時。

圖5 非全相失靈邏輯3U0——兩側(cè)自產(chǎn)零序電壓；Un——機端額定電壓；a——可整定系數(shù)

圖6 失靈直跳邏輯判據(jù)

考慮機端TV斷線閉鎖GCB兩端3U0差大于aUn判據(jù)，增加中性點零序電壓作為補充開放失靈保護(hù)，如圖6所示。當(dāng)機端出現(xiàn)兩相或單相失靈時，保護(hù)動作接點開入，中性點零序電壓大于正常不平衡電壓，開放斷路器失靈保護(hù)［5］。中性點零序電壓判據(jù)缺陷：在發(fā)生單相接地時，故障相失靈時，斷路器失靈保護(hù)無法開放，可增加直跳邏輯定子接地保護(hù)動作后，t時間后斷路器跳閘位置接點未返回啟動失靈保護(hù)跳閘。

4 結(jié)束語

分析了以發(fā)電機機端相電流、負(fù)序電流為判據(jù)的常規(guī)GCB失靈保護(hù)缺陷，根據(jù)發(fā)電機斷路器失靈相別，分為三相失靈和非全相失靈，提出結(jié)合電流電壓為判據(jù)的新思路。保護(hù)動作接點動作后，通過判斷三相有流確定三相失靈后，降低電流保護(hù)定值提高三相失靈保護(hù)靈敏性。通過機端兩側(cè)TV自產(chǎn)零序電壓幅值比較及中性點零序判據(jù)為補充，判斷開關(guān)非全相失靈，啟動失靈保護(hù)。目前常規(guī)電廠配置斷路器失靈保護(hù)的發(fā)電機保護(hù)裝置一般只接入機端一側(cè)TV，隨著數(shù)字化電站保護(hù)的應(yīng)用，該保護(hù)原理將得到應(yīng)用，完善大型電廠發(fā)電機出口斷路器失靈保護(hù)［6］。

［1］ 王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用 （第二版） ［M］.北京：中國電力出版社，2002.

［2］ 謝創(chuàng)樹.核電廠發(fā)電機出口斷路器失靈保護(hù)設(shè)計 ［J］.電力系統(tǒng)自動化，2014，38（6）：123-127.

［3］ 張海燕.雙母線三分段接線方式母線及斷路器失靈保護(hù)設(shè)計問題的探討 ［J］.東北電力技術(shù)，1996，17（4）：22-26.

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Research on Improvement for Breaker Failure Protection Scheme of Generator Outlet

ZHOU Rong?bin1，YU Dong1，ZHANG Wu?yang2
（1.Nari?Relays Electric CO.，Ltd.，Nanjing，Jiangsu 211100，China；2.Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

This paper focuses on the research of failure protection configuration at the present stage of conventional unit and makes im?provements in hardware circuit and the software logic.Failure protection scheme of circuit breaker outler are improved to various certain extents.

Generator outlet of breaker；Breaker failure protection；DC monitoring

TM561

A

1004-7913（2015）11-0049-03

周榮斌 （1981—），男，學(xué)士，工程師，從事電氣主設(shè)備繼電保護(hù)研究工作。

2015-08-10）