劉芳，王東亞

(珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東 珠海 519000)

0 引言

珠海金灣發(fā)電有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)金灣發(fā)電公司)2×600 MW火電機(jī)組采用美國(guó)GE發(fā)電機(jī)變壓器組(以下簡(jiǎn)稱(chēng)發(fā)變組)保護(hù)。每臺(tái)機(jī)組按發(fā)電機(jī)-主變壓器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)主變)單元制接線方式接線，500 kV升壓站為3/2接線方式。發(fā)變組保護(hù)包含發(fā)電機(jī)保護(hù)G60、主變保護(hù)T60、廠用高壓變壓器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)廠高變)保護(hù)T35(A廠高變，B廠高變)、 勵(lì)磁變壓器(勵(lì)磁變)保護(hù)和非電氣量保護(hù)C30。自投產(chǎn)以來(lái)，發(fā)變組保護(hù)異動(dòng)較多，特別是發(fā)電機(jī)保護(hù)G60在二次回路接線和邏輯設(shè)計(jì)方面存在一些問(wèn)題。本文主要對(duì)發(fā)電機(jī)保護(hù)G60在500 kV開(kāi)關(guān)斷開(kāi)全停保護(hù)、電流互感器(CT)斷線、失磁保護(hù)和錄波啟動(dòng)等二次回路接線及邏輯設(shè)計(jì)上存在的問(wèn)題進(jìn)行分析和改進(jìn)，以提高繼電保護(hù)設(shè)備的綜合性能。

1 開(kāi)關(guān)斷開(kāi)全停保護(hù)邏輯分析和改進(jìn)

金灣發(fā)電公司500 kV開(kāi)關(guān)斷開(kāi)全停保護(hù)是在發(fā)電機(jī)出口500 kV開(kāi)關(guān)斷開(kāi)的情況下，防止汽輪機(jī)超速的保護(hù)。保護(hù)動(dòng)作出口全停時(shí)，跳主變出口開(kāi)關(guān)、跳滅磁開(kāi)關(guān)、關(guān)主蒸汽閥門(mén)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)主汽閥)及廠用電切換。該保護(hù)邏輯自機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)出現(xiàn)過(guò)兩次異動(dòng)，下面以#4機(jī)組為例進(jìn)行說(shuō)明(#4主變出口兩斷路器為5021和5022)。

1.1 投產(chǎn)時(shí)邏輯

2007年年初機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行時(shí)，500 kV開(kāi)關(guān)斷開(kāi)全停保護(hù)邏輯如圖1所示。保護(hù)動(dòng)作的條件是：主汽閥開(kāi)啟與500 kV開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。主汽閥開(kāi)啟信號(hào)由常開(kāi)觸點(diǎn)表示，觸點(diǎn)斷開(kāi)表示主汽閥開(kāi)啟，觸點(diǎn)閉合表示主汽閥關(guān)閉。主變出口開(kāi)關(guān)信號(hào)取兩開(kāi)關(guān)的常開(kāi)接點(diǎn)，當(dāng)2個(gè)常開(kāi)接點(diǎn)都閉合時(shí)，表示本開(kāi)關(guān)合閘，當(dāng)2個(gè)觸點(diǎn)都斷開(kāi)時(shí)，表示開(kāi)關(guān)分閘。

圖1 500 kV開(kāi)關(guān)斷開(kāi)全停保護(hù)邏輯1

1.2 增加常開(kāi)節(jié)點(diǎn)后邏輯

由于金灣發(fā)電公司發(fā)變組保護(hù)500 kV開(kāi)關(guān)斷開(kāi)全停保護(hù)只有500 kV開(kāi)關(guān)5022和5021各一對(duì)常開(kāi)接點(diǎn)過(guò)來(lái)，這樣就存在因接點(diǎn)松動(dòng)而導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的可能。考慮到保護(hù)全停的重要性，在2009年保護(hù)增加500 kV開(kāi)關(guān)5022和5021各一對(duì)常開(kāi)接點(diǎn)與之并聯(lián)，當(dāng)5022的2對(duì)接點(diǎn)或5021的2對(duì)接點(diǎn)位置不對(duì)應(yīng)時(shí)，發(fā)報(bào)警信號(hào)，當(dāng)4對(duì)接點(diǎn)均斷開(kāi)時(shí)，保護(hù)出口全停。修改后保護(hù)邏輯如圖2所示。

圖2 500 kV開(kāi)關(guān)斷開(kāi)全停保護(hù)邏輯2

表1 保護(hù)裝置事件記錄

圖3 500 kV開(kāi)關(guān)斷開(kāi)全停保護(hù)邏輯3

1.3 保護(hù)裝置事件記錄

2011年4月#4機(jī)組大修期間，發(fā)現(xiàn)斷開(kāi)發(fā)電機(jī)保護(hù)G60裝置直流電源時(shí)，“500 kV開(kāi)關(guān)斷開(kāi)全?！北Ｗo(hù)動(dòng)作燈會(huì)閃一下，經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)，證明“500 kV開(kāi)關(guān)斷開(kāi)全停”保護(hù)在G60裝置失電時(shí)，保護(hù)誤動(dòng)作。裝置直流電源斷開(kāi)時(shí)，檢查保護(hù)裝置事件記錄見(jiàn)表1。

#4發(fā)電機(jī)檢修期間，500 kV開(kāi)關(guān)在閉環(huán)運(yùn)行，5021和5022開(kāi)關(guān)在合閘狀態(tài)，主汽閥恰好也在開(kāi)啟狀態(tài)。由表1可見(jiàn)：G60裝置失電時(shí)，裝置的光耦插件失電，光耦插件的輸入量發(fā)生變位，裝置判斷5021和5022開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，滿(mǎn)足500 kV開(kāi)關(guān)斷開(kāi)保護(hù)動(dòng)作條件，保護(hù)動(dòng)作出口。由于裝置電源插件的電容效驗(yàn)，裝置在光耦插件失電后約90 ms才失電，從而引起保護(hù)誤動(dòng)作。這種情況若發(fā)生在機(jī)組正常運(yùn)行期間保護(hù)裝置直流電源突然斷開(kāi)時(shí)，500 kV開(kāi)關(guān)斷開(kāi)全停保護(hù)就會(huì)誤動(dòng)出口跳機(jī)。

1.4 再次修改后邏輯

針對(duì)這種情況，金灣發(fā)電公司引入發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)常閉接點(diǎn)和RS觸發(fā)器，修改500 kV開(kāi)關(guān)斷開(kāi)全停保護(hù)。再次修改后邏輯如圖3所示。

開(kāi)關(guān)的常開(kāi)接點(diǎn)與常閉接點(diǎn)分別接入RS觸發(fā)器的S端與R端，當(dāng)開(kāi)關(guān)合閘時(shí)，開(kāi)關(guān)的常開(kāi)接點(diǎn)閉合，RS觸發(fā)器的S端為1；常閉接點(diǎn)打開(kāi)，RS觸發(fā)器的R端為0，RS觸發(fā)器輸出ON為1，OFF為0，表示本開(kāi)關(guān)合閘。當(dāng)開(kāi)關(guān)分閘時(shí)，開(kāi)關(guān)的常開(kāi)接點(diǎn)打開(kāi)，常閉接點(diǎn)閉合，RS觸發(fā)器輸出ON為0，OFF為1表示本開(kāi)關(guān)在分閘。設(shè)定RS觸發(fā)器判斷以S端為優(yōu)先，正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)合閘。如果G60保護(hù)裝置失電，開(kāi)關(guān)的常開(kāi)接點(diǎn)失電，RS觸發(fā)器的S端為0，RS觸發(fā)器的R端為0，RS觸發(fā)器的輸出不變，依然為1。經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)，邏輯修改后可以有效防止500 kV開(kāi)關(guān)斷開(kāi)全停保護(hù)在G60裝置失電時(shí)的保護(hù)誤動(dòng)作。

2 CT斷線邏輯的分析和改進(jìn)

2.1 原邏輯及其存在的問(wèn)題

投產(chǎn)以來(lái)，G60裝置中發(fā)電機(jī)機(jī)端和機(jī)尾CT斷線邏輯依靠CT斷線時(shí)，根據(jù)各單只CT的電流值由大變小的暫態(tài)變化特征，再附加上CT斷線時(shí)三相電流存在剩余電流3I0，來(lái)檢測(cè)CT斷線。CT斷線邏輯如圖4所示。

圖4 CT斷線邏輯圖1

圖5 CT斷線邏輯圖2

在這種情況下就會(huì)出現(xiàn)：(1)當(dāng)外部穿越性故障時(shí)，由于電流過(guò)大，某些情況下CT將會(huì)有飽和現(xiàn)象，此時(shí)某只CT電流就由大變小了，同時(shí)有3I0，被該邏輯誤判為CT斷線。(2)在區(qū)外故障(如線路故障)切除時(shí)，三相電流由大穿越電流往正常電流返回時(shí)，也有可能出現(xiàn)暫態(tài)過(guò)程3I0過(guò)大觸發(fā)CT斷線邏輯動(dòng)作誤報(bào)警。第2種情況下的CT斷線誤報(bào)警在金灣發(fā)電公司出現(xiàn)過(guò)幾次。

2.2 邏輯分析及改進(jìn)[1]

為了避免這種誤報(bào)警，下面以生成的剩余電流3I0為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行分析。生成剩余電流3I0有以下幾種情況：(1)CT斷線；(2)接地故障(但同時(shí)會(huì)有零序電壓)；(3)CT飽和或暫態(tài)特性引起(但這時(shí)故障電流很大)。

由此可見(jiàn)：排除上面第2種和第3種情況下出現(xiàn)的剩余電流3I0就是CT斷線。因此，在接地發(fā)生時(shí)由零序過(guò)電壓元件動(dòng)作來(lái)閉鎖CT斷線邏輯，而CT飽和通過(guò)大電流來(lái)閉鎖CT斷線邏輯。正常運(yùn)行時(shí)，三相電壓電流是對(duì)稱(chēng)的，僅存在不平衡零序電壓和電流，值很小，此時(shí)三相電流不超過(guò)過(guò)負(fù)荷電流，如果出現(xiàn)過(guò)大3I0則是由CT斷線所導(dǎo)致。改動(dòng)后CT斷線邏輯如圖5所示。

實(shí)踐證明，改動(dòng)后邏輯簡(jiǎn)潔并且沒(méi)有發(fā)生過(guò)誤報(bào)警。

3 失磁保護(hù)邏輯分析和改進(jìn)

3.1 原邏輯及其缺陷

金灣發(fā)電公司的失磁保護(hù)由2個(gè)雙下拋?zhàn)杩箞A組成, 反映不同負(fù)荷失磁時(shí)機(jī)端測(cè)量阻抗，阻抗計(jì)算取自發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓和機(jī)端電流。

為防止誤動(dòng)，失磁保護(hù)要求：當(dāng)系統(tǒng)三相低電壓或發(fā)電機(jī)機(jī)端三相低電壓時(shí)，保護(hù)才開(kāi)放。失磁保護(hù)主判據(jù)——異步邊界圓，由“閉鎖失磁(VO29)”來(lái)閉鎖，裝置保護(hù)定值設(shè)置見(jiàn)表2，其中閉鎖失磁保護(hù)VO29的邏輯設(shè)置如圖6所示。

由上面邏輯分析：VO29在如下3種情況中的任意一個(gè)滿(mǎn)足時(shí)為邏輯1，去閉鎖失磁保護(hù)動(dòng)作：(1)機(jī)端電壓互感器(PT)斷線時(shí)；(2)500 kV系統(tǒng)主變高壓側(cè)PT斷線時(shí)；(3)機(jī)端三相低電壓元件，500 kV系統(tǒng)母線三相低電壓元件，二者全部不動(dòng)作時(shí)。

表2 失磁保護(hù)定值設(shè)置1

圖6 閉鎖失磁保護(hù)定值設(shè)置邏輯圖1

設(shè)置參數(shù)設(shè)置參數(shù)設(shè)置參數(shù)功能啟用啟動(dòng)延時(shí)11.000s欠壓監(jiān)控0.850源Termin(SRC 1)中心點(diǎn)2(0,17.16Ω)閉鎖源1 VT FF動(dòng)作中心點(diǎn)1(0,9.49Ω)半徑215.17Ω目標(biāo)已鎖定半徑17.50Ω欠壓監(jiān)控啟用2禁用事件啟用欠壓監(jiān)控啟用1禁用啟動(dòng)延時(shí)21.000s

這就會(huì)出現(xiàn)：當(dāng)500 kV PT斷線時(shí)，VO29=1，失磁保護(hù)被閉鎖。而失磁保護(hù)的異步邊界圓僅采用機(jī)端三相電壓、電流為判據(jù)，在500 kV PT斷線時(shí)不存在誤動(dòng)作的可能，所以不需要它的閉鎖。假如500 kV PT空開(kāi)未合，勵(lì)磁系統(tǒng)故障導(dǎo)致失磁，而失磁保護(hù)這時(shí)會(huì)錯(cuò)誤地受500 kV PT斷線的閉鎖而無(wú)法動(dòng)作。顯然，這個(gè)邏輯是有缺陷的。

3.2 改動(dòng)后新邏輯

失磁保護(hù)的阻抗元件主判據(jù)(按定值整定為異步邊界圓)直接由機(jī)端PT斷線閉鎖(見(jiàn)表3)。

機(jī)端三相低電壓或500 kV三相低電壓的閉鎖邏輯和保護(hù)出口修改如圖7所示。

VO29修改為：機(jī)端三相低電壓(受機(jī)端PT斷線的閉鎖)，或500 kV系統(tǒng)三相低電壓(受500 kV系統(tǒng)PT斷線的閉鎖)。即失磁保護(hù)受機(jī)端三相(相間)低電壓或500 kV系統(tǒng)三相(相間)低電壓，或機(jī)端PT斷線的閉鎖，而2個(gè)低電壓元件分別受其所采用PT的斷線閉鎖。

4 故障錄波觸發(fā)邏輯分析和改進(jìn)

投產(chǎn)以來(lái)，金灣發(fā)電公司#3，#4發(fā)變組保護(hù)裝置故障錄波邏輯統(tǒng)一為一種邏輯思維，下面以發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)、定子過(guò)負(fù)荷保護(hù)和失磁保護(hù)啟動(dòng)錄波為例來(lái)分析。

4.1 邏輯存在的問(wèn)題

改動(dòng)前的發(fā)電機(jī)保護(hù)故障錄波觸發(fā)邏輯如圖8所示，假如“或”門(mén)(65#OR)前反應(yīng)異常工況的定子過(guò)負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作的話，則“或”門(mén)(65#OR)輸出為“邏輯1”，而其后的“上邊沿觸發(fā)”(66#Positive One Shot)邏輯在檢測(cè)到“或”門(mén)(65#OR)的輸出由“邏輯0”躍變?yōu)椤斑壿?”時(shí)輸出一個(gè)單脈沖的“邏輯1”，同時(shí)觸發(fā)一次故障錄波，記錄1個(gè)總時(shí)長(zhǎng)錄波時(shí)間約1.0 s。如果定子過(guò)負(fù)荷保護(hù)一直動(dòng)作不返回，“或”門(mén)(65#OR)一直輸出為“邏輯1”，如果這時(shí)發(fā)電機(jī)再次發(fā)生其他保護(hù)故障如差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的話，差動(dòng)保護(hù)就不會(huì)再觸發(fā)故障錄波了。顯然，這對(duì)分析故障是不利的。

圖7 閉鎖失磁保護(hù)定值設(shè)置邏輯圖2

圖8 故障錄波邏輯1

4.2 修改后的邏輯

邏輯經(jīng)過(guò)修改后如圖9所示。任何反應(yīng)異常或故障工況的保護(hù)動(dòng)作，均分別各自經(jīng)“上邊沿觸發(fā)”(positive one shot)邏輯后，再進(jìn)入“或”門(mén)邏輯，去觸發(fā)故障錄波。

同樣的情況，假如反應(yīng)異常工況的定子過(guò)負(fù)荷保護(hù)一直動(dòng)作的話，也僅在其由“邏輯0”躍變?yōu)椤斑壿?”時(shí)輸出一個(gè)單脈沖上邊沿觸發(fā)一次故障錄波，錄波時(shí)間為1.0 s，觸發(fā)前后各占50%，即0.5 s。0.5 s之內(nèi)發(fā)生其他故障如差動(dòng)保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)開(kāi)關(guān)量啟動(dòng)也會(huì)被記錄在這次故障錄波中；0.5 s后，如果發(fā)電機(jī)發(fā)生其他保護(hù)故障如差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的話，差動(dòng)保護(hù)由“邏輯0”躍變?yōu)椤斑壿?”時(shí)輸出一個(gè)單脈沖的上邊沿再次觸發(fā)一次新的故障錄波。由此可見(jiàn)，改動(dòng)后的故障錄波邏輯真實(shí)記錄了保護(hù)實(shí)際的發(fā)生狀況，為故障分析提供有利的證據(jù)。

圖9 故障錄波邏輯2

5 結(jié)論

金灣發(fā)電公司發(fā)變組保護(hù)采用了GE保護(hù)，保護(hù)功能強(qiáng)大。自#3，#4機(jī)組投產(chǎn)以來(lái)，運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定，特別在2次定子接地故障中起到了可靠的保護(hù)作用。GE裝置保護(hù)雖然功能強(qiáng)大，邏輯設(shè)計(jì)也比較方便，但是在邏輯配置上還是要多分析、多斟酌，否則一點(diǎn)設(shè)計(jì)缺陷就可導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)和拒動(dòng)。筆者在實(shí)踐中針對(duì)問(wèn)題進(jìn)行了有效的設(shè)計(jì)和改進(jìn)，大大地提高了保護(hù)動(dòng)作的可靠性。