突加電壓保護(hù)的應(yīng)用分析

孫緒軍

（天津北疆電廠）

突加電壓保護(hù)的應(yīng)用分析

孫緒軍

（天津北疆電廠）

隨著百萬(wàn)機(jī)組的普及，突加電壓故障的影響擴(kuò)大，本文說(shuō)明了突加電壓保護(hù)的原理危害，分析了某廠突加電壓保護(hù)的應(yīng)用情況和寶貴經(jīng)驗(yàn)。

突加電壓保護(hù)；配置；應(yīng)用分析

0 引言

隨著社會(huì)的飛速發(fā)展，電力能源越來(lái)越重要，而同等能源產(chǎn)生的電力價(jià)值也要求提高，所需求的發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量也在不斷擴(kuò)大，百萬(wàn)機(jī)組已經(jīng)成為發(fā)電企業(yè)的主流裝機(jī)容量。單臺(tái)裝機(jī)容量越大，發(fā)生事故影響的范圍也越大，而國(guó)內(nèi)因突加電壓事故造成的發(fā)電機(jī)、汽輪機(jī)損壞的大型事故也發(fā)生了幾起，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和社會(huì)惡劣影響。因此突加電壓保護(hù)已經(jīng)成為百萬(wàn)機(jī)組的標(biāo)準(zhǔn)基本配置，某廠也配有此保護(hù)。

1 發(fā)電機(jī)突加電壓原因危害和保護(hù)必要性

1.1 發(fā)電機(jī)突加電壓過(guò)程

發(fā)電機(jī)突加電壓是在發(fā)電機(jī)盤(pán)車或停止過(guò)程中，由于出口斷路器意外誤合閘并入電網(wǎng)，突然加電壓于機(jī)組而使發(fā)電機(jī)異步啟動(dòng)；這個(gè)過(guò)程包括發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動(dòng)已靜止、轉(zhuǎn)子盤(pán)車中、起機(jī)前暖汽輪機(jī)或轉(zhuǎn)子沖轉(zhuǎn)加速過(guò)程中。

1.2 發(fā)電機(jī)突加電壓危害

（1）發(fā)電機(jī)突加電壓對(duì)發(fā)電機(jī)的危害

發(fā)電機(jī)出口斷路器誤合閘時(shí)，電網(wǎng)系統(tǒng)額定電壓突然加在機(jī)端定子中，使同步發(fā)電機(jī)處在異步啟動(dòng)工況中，在此過(guò)程中，發(fā)電機(jī)定子繞組中電流很大，此時(shí)的定子電流大小與系統(tǒng)容量大小有關(guān)。當(dāng)系統(tǒng)較大時(shí)，定子電流很大，而此時(shí)的同步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子存在著轉(zhuǎn)速差，則轉(zhuǎn)子中也會(huì)出現(xiàn)很大電流，容易造成轉(zhuǎn)子燒損。

（2）發(fā)電機(jī)突加電壓對(duì)汽輪機(jī)等的危害

在汽輪機(jī)不具備沖車并網(wǎng)的情況下，誤合閘時(shí)轉(zhuǎn)子突然轉(zhuǎn)速增加，極易造成汽輪機(jī)大軸劇烈振動(dòng)并造成嚴(yán)重機(jī)械損傷和汽輪機(jī)葉片損壞、斷裂。若此時(shí)大軸的潤(rùn)滑液壓系統(tǒng)還未投運(yùn)或投運(yùn)壓力偏低，極易造成大軸摩擦和軸瓦過(guò)熱損壞等機(jī)械事故。

1.3 突加電壓保護(hù)設(shè)置必要性

突加電壓對(duì)大機(jī)組帶來(lái)的危害更大，所以在突加電壓發(fā)生的工況下，應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)功能以迅速切除電網(wǎng)電源。而此時(shí)的逆功率保護(hù)、失磁保護(hù)、全阻抗保護(hù)等的動(dòng)作條件也滿足，但有延時(shí)元件不能迅速切除故障；尤其在盤(pán)車停機(jī)工況時(shí)，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓互感器和電流互感器已退出運(yùn)行狀態(tài)，上述保護(hù)已不能檢測(cè)故障動(dòng)作。所以，設(shè)置專用的突加電壓保護(hù)已是必然。

2 發(fā)電機(jī)突加電壓保護(hù)的原理和故障電氣特征

2.1 發(fā)電機(jī)突加電壓故障電氣特征

發(fā)電機(jī)出口斷路器誤合閘時(shí)，由電網(wǎng)系統(tǒng)突然提供額定參數(shù)的有功，而此時(shí)發(fā)電機(jī)處于未勵(lì)磁狀態(tài)、轉(zhuǎn)子靜止或盤(pán)車低速轉(zhuǎn)動(dòng)，由于氣隙磁場(chǎng)的相互作用，定子電流會(huì)很大，同時(shí)發(fā)電機(jī)未建立機(jī)端電壓，處于低電壓狀態(tài)；所以此時(shí)監(jiān)測(cè)定子電流或出口斷路器側(cè)電流是滿足過(guò)流條件的，監(jiān)測(cè)電壓電氣量是滿足低電壓條件的，而同時(shí)出口斷路器狀態(tài)是在分位狀態(tài)。

2.2 發(fā)電機(jī)突加電壓保護(hù)邏輯圖

發(fā)電機(jī)突加電壓保護(hù)在正常并網(wǎng)后就沒(méi)有了發(fā)生突加電壓需要保護(hù)的工況，所以為防止正常并網(wǎng)后，突加電壓保護(hù)誤動(dòng)作，一般設(shè)定并網(wǎng)后突加電壓保護(hù)自動(dòng)退出，解列后突加電壓自動(dòng)投入，并設(shè)有手動(dòng)投退壓板。常用突加電壓保護(hù)邏輯圖如圖1所示。

圖1 突加電壓保護(hù)邏輯圖

3 某廠突加電壓保護(hù)配置情況

3.1 突加電壓保護(hù)整定計(jì)算

某廠發(fā)變組保護(hù)裝置采用雙套的美國(guó)GE公司生產(chǎn)微機(jī)型G60、T60、T35等型號(hào)設(shè)備，突加電壓保護(hù)選用的是G60中AccidenLH1 Energization元件。由于該廠該保護(hù)電壓取自發(fā)電機(jī)出口電壓互感器，因此，突加電壓保護(hù)的運(yùn)行方式選擇低壓元件和發(fā)電機(jī)離線狀態(tài)相與的邏輯方式，即發(fā)電機(jī)電壓低和發(fā)電機(jī)離線同時(shí)滿足為該保護(hù)的開(kāi)放條件。

（1）電流整定原則按正常運(yùn)行負(fù)荷電流整定

發(fā)電機(jī)出口電流互感器變比 30000/5 A

動(dòng)作電流IOP=Kr×In/CTp=1.0×5 A=5A

（2）電壓整定原則按可能出現(xiàn)的最大故障電壓整定

發(fā)電機(jī)出口電壓互感器變比 27/0.1 kV

發(fā)電機(jī)允許UOP=Kre×Un=0.7×100 V=70V

（3）突加電壓保護(hù)出口方式

通過(guò)邏輯中跳閘母線動(dòng)作于發(fā)變組解列滅磁。

3.2 突加電壓保護(hù)邏輯圖

該廠突加電壓保護(hù)邏輯圖如圖2所示。

圖2 突加電壓保護(hù)邏輯圖

從邏輯圖看出過(guò)電流條件取自相電流，電壓則是采用三相都欠電壓的條件，由于該廠升壓站是3/2主接線，所以出口斷路器有兩臺(tái)，邏輯中采用兩臺(tái)斷路器常開(kāi)輔助接點(diǎn)相與；因此，該廠邏輯涵義是在兩臺(tái)出口斷路器都斷開(kāi)狀態(tài)、三相欠電壓時(shí)，擴(kuò)展300ms，若此時(shí)任一相電流滿足電流條件，則突加電壓保護(hù)出口跳閘。

4 某廠突加電壓保護(hù)投退情況分析

4.1 突加電壓保護(hù)投退情況

該廠突加電壓保護(hù)是經(jīng)過(guò)硬壓板的方式進(jìn)行手動(dòng)投退；在發(fā)電機(jī)停機(jī)后手動(dòng)投入“突加電壓保護(hù)壓板”，在發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后手動(dòng)退出“突加電壓保護(hù)壓板”；以確保其正常運(yùn)行時(shí)不誤動(dòng)跳閘停機(jī)，而在啟停機(jī)時(shí)起作用。

4.2 該廠突加電壓保護(hù)應(yīng)用情況分析

該廠送出線路設(shè)計(jì)為500kV同塔雙回線，主接線采用3/2接線方式，Ⅰ母接有并聯(lián)電抗器，Ⅱ母接有1#聯(lián)變降為110kV，再經(jīng)啟備變降為10kV、6kV作為廠用備用電源，發(fā)電機(jī)主變之間無(wú)斷路器或隔離刀閘成單元接線方式。接線圖如圖3所示。

該廠裝機(jī)有兩臺(tái)發(fā)電機(jī)，均配置有突加電壓保護(hù)；以一號(hào)機(jī)為例，發(fā)變組出口斷路器是5021斷路器和5022斷路器，所以突加電壓保護(hù)邏輯取自這兩個(gè)斷路器的輔助觸點(diǎn)。

圖3 某廠主接線圖

該廠發(fā)電機(jī)在盤(pán)車和停機(jī)狀態(tài)時(shí)，為保證升壓站的另一臺(tái)機(jī)和聯(lián)變的安全可靠運(yùn)行，需要合環(huán)運(yùn)行，即一號(hào)機(jī)停機(jī)時(shí)，斷開(kāi)5021-6隔離刀閘而合上5021和5022斷路器成合環(huán)運(yùn)行狀態(tài)；此時(shí)雖然突加電壓保護(hù)壓板投入，但5021和5022斷路器輔助觸點(diǎn)成閉合狀態(tài)，不能啟動(dòng)此保護(hù)，所以保護(hù)不起作用；此種情況下，如果5021-6隔離刀閘誤操作合閘，則發(fā)電機(jī)就會(huì)造成突加電壓故障損壞。鑒于此種故障情況，邏輯中應(yīng)在采用出口斷路器輔助接點(diǎn)的同時(shí)還要監(jiān)視采用5021-6隔離刀閘的狀態(tài)輔助觸點(diǎn)，為了安全起見(jiàn)，宜取兩副輔助接點(diǎn)并聯(lián)；隔刀閘位置輔助接點(diǎn)與出口斷路器位置接點(diǎn)任一條件滿足都應(yīng)擴(kuò)展啟動(dòng)突加電壓保護(hù)判據(jù)。

該廠在主接線合環(huán)運(yùn)行方式后，為防止發(fā)變組保護(hù)誤出口，特意退掉發(fā)變組保護(hù)（包括突加電壓保護(hù)）所有出口壓板，而此時(shí)若有突加電壓故障也不能切除以保護(hù)發(fā)電機(jī)。目前，運(yùn)行操作票中采取的措施是，發(fā)電機(jī)停機(jī)前及時(shí)投入突加電壓保護(hù)壓板，等合環(huán)后退出發(fā)變組出口壓板，起機(jī)前解環(huán)后投入發(fā)變組出口壓板，并網(wǎng)后退出突加電壓保護(hù)功能壓板；此種方式最大限度地避免了出口斷路器（即5021和5022）誤合閘損壞發(fā)電機(jī)。

該廠突加電壓保護(hù)功能方式雖然最大限度地保護(hù)了發(fā)電機(jī)，但仍不能避免5021-6刀閘誤合閘時(shí)的情況，但由于5021-6隔離刀閘合閘閉鎖中監(jiān)視5021和5022的分位置狀態(tài)信號(hào)且合閘需要一段時(shí)間的行程，所以幾乎沒(méi)有5021-6誤合閘的故障；若合環(huán)后退出發(fā)變組出口壓板時(shí)，能及時(shí)合上發(fā)電機(jī)主變側(cè)的接地刀閘（5021-617），則一旦發(fā)生誤合閘突加電壓時(shí)，則有足夠好的接地點(diǎn)來(lái)保護(hù)發(fā)電機(jī)，并有足夠大的接地電流以使升壓站斷路器側(cè)后備保護(hù)動(dòng)作切除故障。

5 結(jié)束語(yǔ)

某廠突加電壓保護(hù)目前雖然能滿足設(shè)備安全可靠運(yùn)行，但仍有極端工況（如合環(huán)時(shí)5021-6隔刀誤合閘而此時(shí)發(fā)變組出口壓板退出工況）和與其他所有發(fā)變組保護(hù)共用出口壓板的問(wèn)題，因此，在以后有條件或裝機(jī)其他新機(jī)組時(shí)，宜設(shè)置獨(dú)立的突加電壓保護(hù)功能壓板和跳閘出口壓板及回路，功能壓板宜分有自動(dòng)投退軟壓板和手動(dòng)投退硬壓板。

2016-10-21）