發(fā)電機(jī)斷路器失靈保護(hù)邏輯討論與優(yōu)化

董志勇

【摘 要】為實現(xiàn)對發(fā)電機(jī)出口斷路器（GCB）的保護(hù)，單元接線中大型機(jī)組發(fā)變組保護(hù)一般配置了斷路器（GCB）失靈保護(hù)。通過對提出的三種GCB失靈保護(hù)邏輯的討論，文中對失靈保護(hù)邏輯配置的合理性進(jìn)行了分析，進(jìn)一步完善了機(jī)組保護(hù)邏輯原理，為機(jī)組一次設(shè)備壽期內(nèi)正常運行提供了良好保障。

【關(guān)鍵詞】發(fā)變組；GCB失靈保護(hù)；合理性

中圖分類號： TV738；TM561 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2018）17-0034-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.17.016

0 引言

單元接線中大型機(jī)組發(fā)變組保護(hù)通常配置斷路器失靈保護(hù)，實現(xiàn)斷路器拒動時有選擇性并快速切除發(fā)電機(jī)等故障元件的功能，從而保證整個電網(wǎng)的穩(wěn)定運行；否則將會導(dǎo)致事故擴(kuò)大：輕則損毀發(fā)電機(jī)等故障元件、重則導(dǎo)致整個電網(wǎng)崩潰[1]。因此大型機(jī)組發(fā)變組二次保護(hù)裝置中有必要配置斷路器失靈保護(hù)，且無法被替代的。

1 GCB失靈保護(hù)方案對比

在發(fā)電機(jī)保護(hù)如何啟動失靈保護(hù)邏輯問題上，不同廠家設(shè)計上的思路卻有很大差別。根據(jù)《繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程》4.9.2.2 節(jié)，失靈保護(hù)的電流判別元件一般應(yīng)為相電流元件以及零序電流元件或負(fù)序電流元件。[2]從不同設(shè)計角度出發(fā)，GCB失靈保護(hù)設(shè)計以下述三種設(shè)計方案為代表，分別進(jìn)行分析和特點對比。

1.1 失靈保護(hù)方案之一

針對發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障情況下，發(fā)電機(jī)保護(hù)將出口動作跳GCB，將發(fā)電機(jī)與外電網(wǎng)隔離。然而一旦GCB出現(xiàn)故障而拒動，此時為防止事故擴(kuò)大，GCB失靈保護(hù)應(yīng)該起作用。如圖1所示的一種典型失靈保護(hù)方案，GCB拒動時失靈保護(hù)電流判據(jù)由相電流與負(fù)序電流取“或”構(gòu)成， 同時疊加GCB合閘位置觸點和其他啟動失靈的保護(hù)動作接點，經(jīng)“與”門輸出動作；其分別經(jīng)延時t1、t2出口：跳GCB和全停。（全停出口動作：跳變壓器高壓側(cè)斷路器、跳GCB、跳汽輪機(jī)、滅磁等。）

該GCB失靈保護(hù)邏輯方案中電流判據(jù)需要經(jīng)整定，正序電流按躲過發(fā)電機(jī)額定負(fù)荷電流In整定，并考慮一定的可靠和返回系數(shù)，一般取值區(qū)間為1.16至1.44倍的In；按躲過正常運行時發(fā)電機(jī)最大不平衡電流整定，負(fù)序電流一般取值0.1～0.2倍的In，保護(hù)動作可靠，不容易發(fā)生誤動。[3]

1.2 失靈保護(hù)方案之二

圖2所示GCB失靈保護(hù)邏輯方案二在方案一的基礎(chǔ)上進(jìn)行了補(bǔ)充和調(diào)整，相電流元件判據(jù)ⅠOP=K*Ⅰn （K<1），使得發(fā)電機(jī)正常運行情況下GCB位置觸點和相電流判據(jù)一直開放，此時相關(guān)保護(hù)動作開入接點成為斷路器失靈保護(hù)唯一閉鎖條件?？紤]保護(hù)動作接點可能存在誤動的情況，引入主汽門位置接點或者滅磁開關(guān)位置接點，與保護(hù)接點構(gòu)成與門作為閉鎖接點，一定程度上增加了保護(hù)的可靠性。

1.3 失靈保護(hù)方案之三

GCB失靈保護(hù)邏輯方案三在方案一的基礎(chǔ)上進(jìn)行了完善，保留方案一原有邏輯判據(jù)，考慮以定子接地為代表的保護(hù)動作時，其相電流和負(fù)序電流均較小，電流判斷條件往往較難滿足，難以啟動GCB失靈保護(hù)。為防止這些保護(hù)無法啟動失靈保護(hù)而造成事故擴(kuò)大化而嚴(yán)重?fù)p壞電氣設(shè)備，在該邏輯中增設(shè)無法通過電流判據(jù)啟動失靈的動作保護(hù)判據(jù)，通過保護(hù)動作啟動信號跟GCB合閘位置信號經(jīng)過“與”門，短延時直接出口啟動失靈保護(hù)動作。

2 方案優(yōu)缺點比較

從上述三種GCB失靈保護(hù)邏輯方案的對比來看，方案一建立了基本的失靈保護(hù)邏輯框架，方案二、三在方案一的基礎(chǔ)上對邏輯判據(jù)進(jìn)行了調(diào)整和完善，下面就從電發(fā)電機(jī)保護(hù)配置整定角度分析三種方案的優(yōu)缺點。

GCB失靈保護(hù)方案一存在三個邏輯判斷要素：GCB位置接點、保護(hù)動作接點和電流判據(jù)，通常發(fā)電機(jī)組功率運行狀態(tài)下如果保護(hù)裝置誤觸發(fā)動作信號，失靈保護(hù)前兩個條件會被滿足，但該GCB失靈保護(hù)邏輯中正序電流判據(jù)按躲過發(fā)電機(jī)額定負(fù)荷電流整定，此時正常運行狀態(tài)下正序電流條件很難滿足，保護(hù)可靠不動作，不容易發(fā)生拒動。但考慮到大型機(jī)組發(fā)電機(jī)中性點多屬不接地系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)單相接地時相電流和負(fù)序電流較小，電流判斷條件往往較難滿足；且對于正向低功率、逆功率和程序逆功率而言，其動作定值整定在1%左右，明顯在這些保護(hù)動作之時，正序電流條件都不會得到滿足。因此，在單相接地和功率型保護(hù)動作啟跳GCB，但GCB因故障而跳閘不成功時，失靈保護(hù)是無法啟動的，存在拒動情況。

相較于GCB失靈保護(hù)方案一，方案二修正了相電流判斷元件判據(jù)，使得正常運行工況下相電流判據(jù)一直滿足，為防止保護(hù)動作接點誤開入，將滅磁開關(guān)或主汽門位置接點開入，與保護(hù)接點取與，構(gòu)成閉鎖條件，突出了保護(hù)的可靠性，該邏輯方案設(shè)計思路較為獨特。但與方案一相同，從電發(fā)電機(jī)保護(hù)配置整定角度來看，相電流判斷條件K值整定存在一定困難，要全部滿足單相接地和功率型保護(hù)動作能可靠啟動失靈保護(hù)，其K值勢必要整定到一個較低值，來配合這些保護(hù)動作時的電流。相應(yīng)地，該邏輯中相電流判斷條件被直接弱化了，無法起到判據(jù)門檻的作用，致使存在一定誤動風(fēng)險，更重要的是滅磁開關(guān)或主汽門位置接點的引入增大了失靈保護(hù)拒動的概率。

方案三保留了方案一原有邏輯設(shè)計構(gòu)思，對比方案二，其電流判據(jù)更具可靠性，同時改進(jìn)增加了其它保護(hù)動作啟動信號跟GCB位置信號構(gòu)成與門經(jīng)延時直接出口啟動失靈保護(hù)動作的邏輯，是對方案一、二的一種優(yōu)化。從發(fā)電機(jī)主保護(hù)、后備保護(hù)角度分析啟動失靈保護(hù)邏輯合理性，可以發(fā)現(xiàn)對于故障情況下相電流和負(fù)序電流較小的動作保護(hù)，需要啟動失靈但往往沒有能力直接啟動失靈，這一點在方案一、二失靈啟動邏輯中的配置是不合理的。方案三則考慮了這方面因素，選擇性地將動作相電流和負(fù)序電流較小的保護(hù)配置與門直接啟動失靈保護(hù)邏輯，不經(jīng)模擬量判據(jù)閉鎖，提高了失靈保護(hù)配置的合理性，從而盡早將故障發(fā)電機(jī)切除，避免造成事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

3 結(jié)束語

綜上所述，經(jīng)過對三種斷路器失靈保護(hù)邏輯的討論，本文比較了各自方案的優(yōu)、缺點，提出了失靈保護(hù)邏輯配置的合理性分析，方案三繼承了方案一和二的優(yōu)點，在一定程度上彌補(bǔ)了二者的缺陷，相比而言方案三更為完善，優(yōu)化了GCB失靈保護(hù)邏輯，完善了機(jī)組保護(hù)配置，可以為機(jī)組一次設(shè)備壽期內(nèi)正常運行提供了良好保障。

【參考文獻(xiàn)】

[1-2]GB/T 14285-2006繼電保護(hù)和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[3]DL/T 684-2012大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計算導(dǎo)則[S].北京：中國電力出版社，2012.