微機發(fā)變組保護中誤動故障處理

馮樸

摘 要：隨著微機保護廣泛運用，微機保護取代了傳統(tǒng)整流型保護和電磁型保護，提升了設(shè)備和系統(tǒng)的運行水平，但微機發(fā)變組保護運行中容易發(fā)生誤動故障，給微機保護的正常運行帶來了隱患。本文主要以WFBZ-01型發(fā)變組保護為例，分析其發(fā)生產(chǎn)誤動故障原因和故障診斷以及故障處理。

關(guān)鍵詞：微機發(fā)變組保護;誤動故障;故障處理

中圖分類號：TM311 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）18-0084-02

按照《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點要求繼電保護實施細則》（簡稱《細則》）的要求，對于采用變壓器保護方面明確規(guī)定;100MW及以上發(fā)電機、220kV以上變壓器的保護應(yīng)采用微機型，并且根據(jù)要求應(yīng)按雙重化保護配置（非電氣量保護除外）。所謂的雙重保護（即“雙主雙后”配置方案），就得采用兩套功能完整、相互獨立的保護裝置。尤其是隨著數(shù)字技術(shù)、DSP技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，當前微機型保護裝置可實現(xiàn)了“主后一體化”的保護配置方案，可為變機組保護正確動作率長期偏低問題提供解決的基礎(chǔ)條件，可為裝置硬件、軟件技術(shù)的進步和整體制造質(zhì)量提升方面起推進作用。我們知道微機型保護裝置要真正實現(xiàn)“雙重”、“獨立”功能，背后需要有，性能優(yōu)越的軟件運算功能和可靠性的硬件設(shè)計來支撐。本文主要以1臺200MW機組保護工作中產(chǎn)生的誤動故障進行深入分析。

1 WFBZ-01型發(fā)變組保護原理

1.1 基波零序電壓型定子接地保護

對于基波零序電壓型定子接地保護總體來說，它具有簡單可靠的特點，但存在不足之處就是靈敏性相對較差，這主要是受限于定子繞組中性點附近的保護動作區(qū)，形成保護動作的死區(qū)，當在發(fā)電機定子繞組第一次發(fā)生的接地故障很難被檢測發(fā)現(xiàn)，如再次發(fā)二次故障時就會導致電機繞組間短路或匝間短路，直接造成嚴重發(fā)電機組損壞事故，針對發(fā)變機組來說，要求單相接地保護中不能存在無動作死區(qū)，要真正做到百分百的保護區(qū)。因此，為了達到這要求，通常在利用基波零序電壓型定子接地保護的同時，可以同時采用三次諧波電壓型定子繞組單相接地保護。

1.2 發(fā)電機匝間保護

匝間保護是發(fā)電機保護的一個難點，正確動作率一直很低。雖然短路點的電流很大，對主設(shè)備安全的危害非常大，但從保護安裝處卻很難反應(yīng)。許多原理的保護存在靈敏度不足、可靠性不高及對內(nèi)外部故障暫態(tài)過程敏感等問題。目前主要的原理有橫差保護（單元件橫差、裂相橫差即三元件橫差）、不完全橫差、縱向零序電壓、轉(zhuǎn)子二次諧波與負序（或負序增量）功率方向等。橫差保護和不完全縱差保護是用于匝間故障較好的保護，但要求發(fā)電機中性點有4 個或6個及以上的引出端子，在許多情況下（尤其是汽輪發(fā)電機組）難以使用。

負序（負序增量）功率方向作為區(qū)分發(fā)電機內(nèi)部與外部不對稱故障的判別元件，曾經(jīng)由于負序方向元件暫態(tài)特性的不完善而引起較多的誤動。因為發(fā)電機和系統(tǒng)的負序阻抗主要成分是電感分量，時間常數(shù)很大，引起負序分量暫態(tài)時間長、電流和電壓的全量變化不同步等諸多因素在負序分量突變，尤其是在第2次突變（如區(qū)外故障切除）時，影響尤為明顯。故障切除時，電壓可以發(fā)生突變，而電流不能突變，所以保護可能因為故障時非周期分量的影響將方向判錯而誤動。但是目前，國內(nèi)已有多家電廠采用ΔP2保護，改進了這一問題，運行情況良好。

2 故障診斷

于2018年6月，某電廠對200MW機組作雙重化微機型發(fā)變組保護改造，此機組在2019年1月正式回歸運行，2019年1月23日10點47分，機組在沒有故障何前兆的情況下，該機組發(fā)電機保護突然發(fā)生跳閘動作。在首發(fā)故障時顯示“勵磁回路速斷”、“B分支差動”、“A分支差動”、“發(fā)電機差動”，接著出現(xiàn)“發(fā)變組差動”、“發(fā)電機橫差”、分支過流”、“B分支過流”、“主變阻抗”、“主變零序”、“誤上電”、“發(fā)電機正負序過流”、“定子接地3U0”、“勵磁回路過流”、“饋變差動”等光字牌。在預(yù)告信號為“發(fā)變組TV斷線”、“微機保護裝置故障”、“定子接地3W”、“轉(zhuǎn)子過負荷”等光字牌，從以光字牌可以看出是整套發(fā)變組保護同時動作。

列出了從液晶顯示屏上觀察到的故障信息，分析如下：（1）事件名稱：勵磁回路過負荷（速斷）動作（A柜）;事件數(shù)據(jù)：UF=128.4645Mv;（2）事件名稱：A分支差動保護動作（A柜）;（3）事件數(shù)據(jù)：[phaseUVW]事件名稱：B分支差動保護動作（A柜）;事件數(shù)據(jù)：[phaseUVW];（4）事件名稱：發(fā)動機差動保護動作（A柜）;事件數(shù)據(jù)：[phaseUVW];為了能盡快查找出故障點，從機組跳閘之后的一套保護裝置其實仍然正常運行，但發(fā)現(xiàn)另一套裝置發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)有“×”（通道故障），所有保護狀態(tài)顯示“！”的信息（表示無信息），并且所有保護出口全部亮燈，其中出現(xiàn)顯示屏“×”主要在開入量、開出量、CPU板通道上，因此，可分析出來，出現(xiàn)上述動作行為是一系統(tǒng)雙重化配置的發(fā)變組保護的系列動作，我們可稱之為誤動作。

3 故障分析

3.1 故障檢查

為了能找出其故障點，需要對誤動裝置進行上電檢查，首先對測試電源插件進行檢查，檢查步驟：先拔出保護裝置的上層所有插件，然后合上保護1-3號直流電源，檢測1-3號電源的輸出電壓，在檢測中發(fā)現(xiàn)3號CPU電源輸出全部正常，然而1號CPU輸出電壓為5V、2號CPU電壓為24V輸，均屬正常，但是±15V輸出異常。

為了進一步進查找出故障點，首先將“轉(zhuǎn)子過負荷保護”的分流器插出，然后進行對其輸出電源進行檢測發(fā)現(xiàn);1號CPU電源不正常（正常電壓為±15V），而2號CPU電源輸出正常。然而對1號CPU電源模塊進行深入檢查發(fā)現(xiàn)，故障發(fā)生在電源內(nèi)部1個三極管，給檢測其三極管發(fā)現(xiàn)三極管已被擊穿損壞，造成1號電源模板無±15V電壓輸出，這就確實此次故障的原因。

3.2 電源配置說明

對于雙重化配置的微機型保護一般情況采用獨立電源，這也是體現(xiàn)出雙重化配置與單套保護裝置的不同之處。而對于單套保護裝置為了能夠減少硬件故障導致的誤動，采用的是的CPU結(jié)構(gòu)，2個CPU系統(tǒng)相互閉鎖出口。電源輸出方面，微機保護電源輸出三種不同的電壓，（1）供電源供出口回路的繼電器使用的為±24V;（2）電源供保護的模擬量采樣通道專用為±15V;（3）±5V電源供CPU及芯片使用。

3.3 故障原因分析

通過技術(shù)資料可以看出該機組為三機勵磁方式。永磁電源頻率為400Hz，主勵磁機電源頻率為500Hz。那該機在產(chǎn)生設(shè)計時，基于考慮電機的保護方面，采用了“轉(zhuǎn)子過載保護”，將兩組電源的誤差設(shè)置為100Hz，也就是永磁電源頻率與主勵磁機電源頻率之間的差為100Hz，對于對發(fā)電機轉(zhuǎn)子分流器則采用了弱電信號形式，將對發(fā)電機轉(zhuǎn)子分流器兩端取75mV弱電信號的方案。我們知道保護裝置要維持保護工作（霍爾傳感元件）至少需要±15V電源。因此，對1號CPU和2號CPU）進行獨立提供±15V電源，這也是基于可靠性的考慮。

通過此事故障分析以為，主要由于霍爾傳感元件損壞，導致±15V不穩(wěn)定，時常出現(xiàn)象間隙性短路，引起了保護裝置采樣紊亂，在裝置自檢過程中由于電源穩(wěn)定性差，通常以“裝置故障”信號報出，最后形成誤動出口。正常來說，如CPU系統(tǒng)發(fā)生故障時，其裝置在自檢過程中就會出相應(yīng)故障信號，由于保護CPU系統(tǒng)一般具有兩組以上的保護方案，如果發(fā)現(xiàn)一組出現(xiàn)故障時，另一組CPU系統(tǒng)將承擔全面的保護功能，但是如果如果是裝置采樣通道發(fā)生故障時，會導致硬件回路與快速動作保護存在接點競爭，這時會出現(xiàn)閉鎖不可靠的問題，真接導致裝置故障功能失去作用，換言之，就是誤動出口的保護都是不經(jīng)延時引起保護裝置硬件回路突發(fā)故障失去故障閉鎖功能。

4 故障處理

此次保護誤動，類似是裝置里的某一個元件發(fā)生損壞故障而引發(fā)系統(tǒng)的誤動作，其實是說明了《細則》中“雙重化配置”存在很多不完善之處，可想而知。如果將保護裝置的電源電氣回路完全分開，包括1號和2號CPU霍爾元件也需獨立使用，并且一定需要并列運行方式，當有一個CPU發(fā)生故障時，另一個組CPU照樣正常工作，從而避免保護裝置誤動出口。具體解決方案就是根據(jù)“雙重化“保護要求下在每套保護上增加1塊“轉(zhuǎn)子過負荷保護”插件，確保證CUP的供電回路是獨立運行的，另外，在主勵磁機輸出電流（500Hz）的采樣方面，需要創(chuàng)新硬件技術(shù)和軟件算法才能得到更好解決。

5 結(jié)語

總而言之，通過上述微機發(fā)變組保護中誤動故障問題，本文以為，首先是需要嚴格落實《細則》中有關(guān)條款，遵循科學運行，其次，對保護裝置設(shè)計時違背了“雙重化”的原則，這需要生產(chǎn)廠家對微機型發(fā)變組保護裝置的進一步優(yōu)化，以及運行單位在實踐中不斷的摸索、總結(jié)和改進，把發(fā)生誤動保護裝置退出運行以提高裝置的調(diào)試和運行水平，減少事故損失。

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