淺談DRS型發(fā)電機電壓限制過流保護誤動原因及改進措施

張曉宇

(杭州華電下沙熱電有限公司，浙江 杭州 310018)

1 機組概況

某2×100 MW級“二拖一”多軸聯(lián)合循環(huán)供熱機組電廠，配置2臺PG6111FA型燃機發(fā)電機、2臺余鍋、1臺QFW—88—2汽輪發(fā)電機。燃機發(fā)電機組為高壓變頻 (簡稱SFC) 啟動方式，啟動時發(fā)電機作為同步電動機帶動同軸燃機至燃燒自持轉(zhuǎn)速。燃機發(fā)電機保護采用奧地利ELIN公司DRS微機保護裝置。

2 事件過程

2020年1月14日6時57分18秒，11號燃機點火SFC拖動加速過程中，燃機轉(zhuǎn)速至2 000轉(zhuǎn)時(未并網(wǎng))，DRS保護裝置報“Oercunent Voltage restrained ”(代號51V)及“Breaker failure”(代號50BF斷路器失靈)跳閘信號。同時，11號主變保護C屏(11號發(fā)電機聯(lián)跳11號主變)光字牌翻牌，保護動作跳開11號主變220 kV開關(guān)(52L)，燃機自動停機6 kVⅠ段廠用電自切換成功。

3 保護誤動原因分析

3.1 電壓限制過流保護動作分析

電壓限制過流保護是發(fā)電機短路故障的后備保護(見表1)，功能類似于國內(nèi)常配置的復(fù)壓記憶過流保護，但采用的是比例制動特性原理保護動作于跳發(fā)電機斷路器(見圖1)。保護電壓取自發(fā)電機機端電壓互感器(Min of T43 11500/100 V),保護電流取自發(fā)電機中性點側(cè)電流互感器(Max of T32 5500/5)額定二次電流、電壓(Ie=5 A，Ue=100 V)

表1 51V保護整定值(額定標(biāo)幺值)

圖1 發(fā)電機電壓限制過流保護邏輯圖

動作方程：(標(biāo)幺值pU)

核對11號發(fā)電機DRS裝置故障錄波發(fā)現(xiàn)(見圖2)，保護動作時發(fā)電機定子電流(Max=0.246 pU)1.23 A，機端電壓(Min=0.143 pU)14.3 V。此時，電氣量參數(shù)在動作區(qū)域|0.246>0.15|，滿足電氣量動作條件。由于燃機在點火加速階段需SFC輔助，此時定子電流將逐漸增加至恒定，使SFC輸出功率穩(wěn)定，配合燃料增加保持轉(zhuǎn)子均勻加速到4 398 r/min的自持轉(zhuǎn)速。因此，該工況下的定子電流超限且不跟隨機端電壓值變化的情況并非短路故障，此時閉鎖條件60 or SFC.Star(SFC運行信號)應(yīng)當(dāng)置1閉鎖保護動作出口。檢查報文及開關(guān)量記錄發(fā)現(xiàn)，SFC in operatin 指令發(fā)出，但閉鎖開關(guān)量輸入信號一直為0(見圖3)；滿足51V保護動作條件。

圖2 11號發(fā)電機DRS裝置錄波圖

圖3 閉鎖條件輸出錄波圖

3.2 斷路器失靈保護動作分析

發(fā)電機50BF保護功能被激活于(52G OPENING)斷路器分閘故障，且斷路器跳閘后，發(fā)電機中性點側(cè)CT機端二次電流必須降低到定值以下(<0.55 A)，反之下一個斷路器(52L)將跳閘。由于當(dāng)時燃機未并網(wǎng)，發(fā)電機開關(guān)(52G)尚未合閘；而保護動作時發(fā)電機定子電流(Max=0.246 pU)=1.23 A>0.55 A,滿足保護動作條件。因此，保護動作出口跳開下一級11號主變220 kV開關(guān)(52L)，保護動作正確。

3.3 查找原因分析

由于SFC start activated (激活指令)——SFC in operatin(運行指令)均正常發(fā)出，因此A25(PLC)故障可基本排除。對照SFC運行閉鎖回路圖(見圖4)，結(jié)合閉鎖輸出置0現(xiàn)象，可鎖定異常范圍：SFC位置閉鎖繼電器K93去保DRS裝置一路。

經(jīng)測量發(fā)現(xiàn)：一是K93繼電器11-14動作觸頭接觸電阻為4 Ω嚴(yán)重偏大(小功率繼電器接觸電阻<100 mΩ)。二是所使用的finder 55.34型繼電器的觸頭容量僅為7 A，而二次額定電流為5 A，未留足1倍的裕度，加劇觸頭損耗和發(fā)熱。

進一步拆解發(fā)現(xiàn)觸頭已有明顯燒蝕發(fā)黑痕跡(發(fā)熱量C=0.24×I2×R×T)。接觸電阻變大的危害在于電流在觸點上產(chǎn)生的熱量增大，使得觸頭載流量下降，極易造成接觸不可靠，使受控元件間歇性失靈；若熱量過大嚴(yán)重時將燒壞觸點。因此，K93繼電器的異常造成了無閉鎖信號輸出至保護裝置，從而引起SFC拖動期間51V保護誤動。

圖4 SFC啟動閉鎖條件輸出回路圖

圖5 改進后啟動閉鎖條件輸出回路

4 改進措施及建議

4.1 更換大觸點容量的同規(guī)格繼電器

依據(jù)《自動化電力行業(yè)規(guī)范》(DLT 1083—2008)電氣直流控制回路等，中間繼電器的觸點容量應(yīng)高于額定電流的1倍以上的要求。采取的措施為：對DRS裝置所涉及保護閉鎖信號輸入的中間繼電器，更換觸點容量為10 A的finder 55.33型繼電器，以滿足繼電器觸點容量有足夠載流量，保證繼電器正確動作可靠性。

4.2 增加冗余閉鎖回路繼電器

該燃機電廠為調(diào)峰機組啟停頻繁，加之一次啟動過程中SFC往往要經(jīng)歷數(shù)次啟停；為進一步增強可靠性，在原有閉鎖回路基礎(chǔ)上增1組冗余繼電器K93.1(見圖5)，避免因單一元件故障導(dǎo)致保護誤動。同時，考慮到冗余繼電器的并接方式導(dǎo)致線圈總電阻減半，致使回路電流增大。因此，回路串入1只10 k的限流電阻，以保證回路工作電流處于規(guī)定值，增強穩(wěn)定性。

4.3 完善保護硬壓板投退方式

考慮到SFC拖動變頻加速過程中產(chǎn)生的高次諧波影響，與之保護相關(guān)的電量存在一定的畸變情況，建議在機組啟動期間退出(發(fā)電機聯(lián)跳主變220 kV開關(guān)硬壓板)，待機組并網(wǎng)后投入該壓板，最大限度縮小可能因發(fā)電機保護誤動等所波及的事故范圍。

5 結(jié) 論

通過對 DRS型發(fā)電機電壓限制過流保護誤動跳閘事故分析，找到并確認(rèn)原因，剖析了保護誤動的原理和過程。通過增設(shè)冗余閉鎖回路繼電器方案、優(yōu)化中間繼電器的選型以及完善保護壓板的投退方式，較好地解決了SFC拖動過程中閉鎖回路故障造成保護誤動的問題，保障了機組的安全穩(wěn)定運行。

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