楊 奇

（山西潞光發(fā)電有限公司，山西長治 046699）

0 引言

發(fā)電機在啟動及并網(wǎng)過程中，由于誤操作等原因可能使出口斷路器誤合閘。發(fā)電機在轉子靜止、盤車或起勵后不具備同期并網(wǎng)條件時誤合出口斷路器，突加的電壓會在定子繞組中流過3～4 倍額定電流，使發(fā)電機內部形成旋轉磁場，旋轉磁場在轉子中感應工頻或者接近工頻的電流，造成發(fā)電機嚴重燒損或大軸扭曲。特別是隨著機組容量越大，承受過熱的能力越弱，誤上電時發(fā)電機異步啟動、逆功率保護、失磁保護等也可能滿足動作條件，但時限較長且開機和盤車時有些保護可能因無機端電壓而不起作用，所以應重點關注誤上電保護的配置、校驗及日常運行維護。

1 故障經過

2018 年9 月12 日某火電廠2 號機組啟動并網(wǎng)，7：00 汽輪發(fā)電機組沖轉至3 000 r/min，合滅磁開關、勵磁系統(tǒng)起勵正常。檢查各系統(tǒng)正常后啟動同期，7：22：36 發(fā)電機變壓器組（以下簡稱發(fā)變組）出口斷路器合閘，隨即發(fā)變組B 套保護裝置誤上電保護動作，跳滅磁開關、發(fā)變組出口斷路器。該機組為發(fā)電機變壓器單元接線方式，發(fā)電機容量300 MW，機端額定電壓20 kV，發(fā)電機中性點采用接地變壓器接地，配置2 套發(fā)變組保護：A 套為南瑞繼保PCS-985保護裝置，B 套為國電南自DGT801U 保護裝置。

2 故障分析

2.1 故障信息

故障發(fā)生后調取發(fā)變組A、B 套保護裝置及故障錄波器信息發(fā)現(xiàn)：0 ms 發(fā)變組出口斷路器合閘（絕對時間2018-09-12T07：22：36 281.0 ms），約1 800 ms 發(fā)電機機端三相電流達1 A，1 900 ms 誤上電保護動作，1 930 ms 發(fā)變組出口斷路器分閘。錄波圖顯示機端電流從0 逐漸增大至1.005 A（有效值），約0.2 s 后進入穩(wěn)態(tài)，三相間角度各差120°，電流、電壓均無突變現(xiàn)象，無誤上電或非同期并網(wǎng)的故障特征，A 套保護裝置無任何保護動作，因此初步判定為B 套保護裝置誤動作。

發(fā)變組B 套保護裝置故障信息為：發(fā)電機誤上電保護動作時間為2018-09-12T07：22：38 178 ms，動作時的參數(shù)為電阻RUV=44.772 7 Ω，電抗XUV=32.972 2 Ω；電阻RVW=43.866 Ω，電抗XVW=34.450 6 Ω；電阻RWU=45.615 6 Ω，電抗XWU=34.469 Ω。打印發(fā)變組B 套保護裝置定值單如表1 所示。

表1 發(fā)變組B 套保護裝置定值單

2.2 保護原理分析

DGT801U 保護裝置取機端電流互感器二次電流、機端電壓互感器二次電壓、滅磁開關常閉輔助接點、出口斷路器常閉輔助接點。使用定子電流、低阻抗判據(jù)來區(qū)分發(fā)電機正常并網(wǎng)還是誤上電；利用定子負序電流判別并網(wǎng)前斷路器某相斷口閃絡：當斷路器開關斷開時，如果發(fā)電機中出現(xiàn)負序電流，則判斷為斷路器斷口處閃絡，經延時t21出口啟動失靈保護。DGT801U 裝置誤上電邏輯如圖1 所示。

圖1 DGT801U 裝置誤上電邏輯圖

在發(fā)電機盤車或升速過程中，磁路開關在斷開位置，勵磁系統(tǒng)未向發(fā)電機提供勵磁電流，發(fā)電機不會進行并網(wǎng)操作，此時斷路器開關值在t12返回時間前為1、滅磁開關值為1，定子電流大于整定值，則可判斷為誤合斷路器開關造成誤上電，經與門3、與門2 及延時t11出口。發(fā)電機滅磁開關合上到并網(wǎng)期間，用阻抗元件來區(qū)分正常并網(wǎng)或誤上電，阻抗Z 小于設定值則判定為誤合閘，大于設定值則為正常并網(wǎng)，斷路器開關值在t12返回時間前為1、滅磁開關閉合取反為1，且定子電流大于設定值，經與門4、與門2 及延時t11出口[1]。

2.3 故障分析

故障錄波器中誤上電保護動作時間為2018-09-12T07：22：38 181.0 ms，與發(fā)變組B 套保護動作時間一致。對比B 套保護裝置定值清單：正向阻抗Z1F為4.7 Ω、反向阻抗3.1 Ω，動作電流1.0 A，出口延時0.1 s，比較保護動作時電阻電抗值均大于整定值，不滿足動作條件。機端三相電流約1 A 經0.1 s 延時后動作，但滅磁開關閉合，值為0 不滿足與門3 動作條件。滅磁開關閉合，值為0 時取反為1，計算阻抗值大于整定值，同樣不滿足與門4 動作條件。保護邏輯圖只有定子電流大于1 A，無法解釋誤上電保護動作原因。

調取保護裝置邏輯發(fā)現(xiàn)內部滅磁開關設置閉合為1，而非外回路取常閉接點對應的閉合為0，滿足與門3 出口判據(jù)，結合定子電流大于1 A，保護裝置經與門3、與門2 出口。該保護裝置于2016 年升級改造，改造后未核實開關量輔助接點取常開/常閉值與外回路的一致性，但改造后已經過4 次啟停機，誤上電保護均未動作，查詢此前4 次啟動并網(wǎng)時刻的錄波圖，錄波時長在1.1～3.4 s 之間，定子電流最大有效值為0.65 A，均小于設定值1 A（如表2 所示）。由此可判斷之前機組并網(wǎng)后加負荷較慢，t12時間（此裝置設定3 s）內定子電流不滿足邏輯判據(jù)（定子電流大于1 A），3 s 后斷路器輔助接點值為0，可閉鎖與門3出口，所以之前4 次機組啟動誤上電保護均未動作。

表2 機組歷次啟動時故障錄波器記錄最大電流

3 誤上電保護原理分析及應用建議

按照DL/T 684—2012《大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導則》，誤上電保護分為全阻抗特性、偏移阻抗特性、低頻低壓過流特性。阻抗保護原理通常采用如圖1 所示的邏輯圖，發(fā)電機盤車或升速過程中采用過電流加出口斷路器輔助接點判據(jù)，發(fā)電機起勵至并網(wǎng)過程中采用阻抗判據(jù)。典型低頻低壓過流誤上電保護邏輯如圖2 所示，不再引入滅磁開關輔助接點，保護利用斷路器輔助接點、定子電流、低頻低壓判據(jù)來判斷發(fā)電機正常并網(wǎng)或是誤上電。使用低壓元件（U＜）判斷發(fā)電機盤車，未合滅磁開關的情況；使用低頻元件（F＜）判斷發(fā)電機轉速未到額定轉速已合滅磁開關的情況。

圖2 低頻低壓誤上電保護邏輯

保護裝置的邏輯判據(jù)應盡可能采用模擬量，減少開關量。在國家能源局《防止電力生產事故的二十五項重點要求》及GB/T 14285—2006《繼電保護與安全自動裝置技術規(guī)程》等文件中，雖然有防止由于開入量的短暫干擾造成保護裝置誤動出口[2]、拉合裝置直流電源時不能造成保護誤動等條款[3]，但實際生產運行中由于設備結構特點、拉合直流電源造成開關量變位等現(xiàn)象經常發(fā)生。如文獻[4]中的發(fā)電廠滅磁開關為可拉伸式，二次插件為可插拔式，滅磁開關輔助接點設計取常閉接點，發(fā)電機沖轉到額定轉速之前滅磁開關處于拉出狀態(tài)，二次插件斷開常閉接點打開，誤上電保護判定滅磁開關閉合導致失去閉鎖作用。為防止誤上電保護拒動，解決方案為滅磁開關輔助接點改為常開接點，然后在軟件中取“非”，確保滅磁開關處于拉出狀態(tài)也不會造成誤上電保護誤動作。文獻[5]中1 號、3 號發(fā)變組保護B 柜所用直流電源在Ⅰ、Ⅱ段母線聯(lián)絡運行切換為分段運行時，操作過程中直流Ⅱ段母線短暫失電，導致發(fā)電機出口斷路器常開輔助接點、發(fā)電機電氣制動開關常開輔助接點變位，同時Ug（機端電壓）需經延時后閉鎖出口，導致誤上電保護動作。文獻[6]中保護裝置在模擬直流掉電故障時誤上電保護誤動作，檢查原因為保護開入量電源失去時，保護裝置由于檢測不到主斷路器和滅磁開關輔助接點而默認其為斷開位置，即滅磁開關輔助接點輸出為1，滿足發(fā)電機在盤車或升速過程中突然誤并入電網(wǎng)保護動作的3 個判據(jù)立即出口。解決方案為保護邏輯中應增加“電源消失閉鎖保護出口邏輯”。

采用阻抗原理的誤上電保護引入了發(fā)電機出口斷路器和滅磁開關兩個輔助接點，相比低頻低壓原理多引入滅磁開關輔助接點，同時也增加了因開關量問題導致誤動的可能性，筆者建議優(yōu)先選用低頻低壓原理的誤上電保護。對邏輯判別中必須使用開關量的保護，為防止保護裝置正常運行中掉電造成開入變位，建議采用開關量常閉接點，但要特別注意開入電源與裝置電源采用同一路電源，裝置掉電時應閉鎖邏輯出口。對文獻[5]中帶二次插頭的滅磁開關，則應在機組準備啟動前將二次插頭插入，避免機組啟動中插拔二次插頭時開關量變位對其他設備造成影響。

4 結論

a）誤上電保護僅在機組未并網(wǎng)時起作用，在發(fā)電機正常運行時不起作用，雖然保護原理中有機組并網(wǎng)后自動退出的邏輯，但為防止機組正常運行中保護誤動作，應在機組并網(wǎng)后及時退出保護硬壓板。同樣，對正常運行中不起作用的啟停機保護、斷路器閃絡保護也應執(zhí)行同樣的操作。

b）發(fā)電機在并網(wǎng)時應確保待并兩側電壓的幅值、相位在允許范圍內，避免文獻[7]中因較大沖擊電流導致誤上電保護動作。

c）發(fā)變組出口斷路器合閘后應緩慢加負荷，防止突加負荷造成保護返回時間內滿足過電流判據(jù)造成保護出口。

d）新投運、改造保護裝置驗收試驗時應特別檢查邏輯條件中輔助接點常開常閉取值與外回路接線相對應。