電動(dòng)發(fā)電機(jī)出口斷路器失靈保護(hù)邏輯改造

摘 要：惠蓄電廠的機(jī)組出口斷路器失靈保護(hù)原設(shè)計(jì)采用斷路器的跳閘命令以及保護(hù)裝置內(nèi)部的動(dòng)作元件動(dòng)作作為斷路器失靈保護(hù)的啟動(dòng)條件，以斷路器的位置輔助節(jié)點(diǎn)和電流判別元件作為斷路器失靈起動(dòng)后的返回條件，其中電流判別元件電流來自發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)處CT。該設(shè)計(jì)在邏輯上存在較大缺陷，經(jīng)常造成斷路器失靈保護(hù)不正確動(dòng)作。針對(duì)這種情況，對(duì)我廠的機(jī)組斷路器失靈保護(hù)進(jìn)行了改進(jìn)，修改了斷路器失靈保護(hù)的起動(dòng)條件及電流判別元件的電流取用CT的位置。

關(guān)鍵詞：惠蓄電廠；機(jī)組斷路器；失靈保護(hù)、

從惠蓄電廠500kV系統(tǒng)充電以來，系統(tǒng)及機(jī)組調(diào)試過程中，出現(xiàn)過幾次斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作，其中一次是在退出相關(guān)保護(hù)跳閘矩陣出口時(shí)，由于保護(hù)裝置內(nèi)部軟件起動(dòng)斷路器失靈保護(hù)，因此時(shí)機(jī)組出口斷路器在合閘位置，造成了失靈保護(hù)起動(dòng)后無法返回而出口；其他則是發(fā)生在斷路器在分閘位置時(shí)，其共同的原因是保護(hù)裝置檢測到發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)處的電流，導(dǎo)致斷路器失靈保護(hù)起動(dòng)后無法返回而出口跳閘，這幾次的結(jié)果均造成斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作于出口，跳開了主變高壓側(cè)斷路器。斷路器失靈保護(hù)本是在收到機(jī)組斷路器跳閘命令后而斷路器因操作機(jī)構(gòu)故障等原因無法跳開時(shí)，快速跳開相鄰斷路器以縮小故障范圍，保障機(jī)組及系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)前面所述，我廠斷路器失靈保護(hù)邏輯在設(shè)計(jì)上存在缺陷，造成多次斷路器失靈保護(hù)不正確動(dòng)作。由于斷路器失靈保護(hù)動(dòng)作后將擴(kuò)大停電范圍，直接影響了電網(wǎng)系統(tǒng)及我廠設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此我們將對(duì)當(dāng)前的斷路器失靈保護(hù)邏輯進(jìn)行改進(jìn)，以提高系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

一、機(jī)組出口斷路器失靈保護(hù)簡介

我廠機(jī)組出口斷路器失靈保護(hù)是由AREVA公司的MICOM P343保護(hù)裝置實(shí)現(xiàn)的。由保護(hù)接線圖可以看出，保護(hù)裝置P343的數(shù)據(jù)是由三組CT和一組PT測量而來，其中緊靠接地變壓器的一組單相CT用于定子95%接地保護(hù)；中性點(diǎn)引出線與主變低壓側(cè)共兩組CT用于發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)及其他電流相關(guān)的保護(hù)（如負(fù)序過流、功率保護(hù)等），發(fā)電機(jī)出口處PT主要用于頻率、電壓、功率保護(hù)的電壓量采集?；菪铍娬驹瓟嗦菲魇ъ`保護(hù)涉及的電流判別元件所取的電流量來自中性點(diǎn)引出線處CT。

二、斷路器失靈保護(hù)邏輯說明

一般來說，簡單的斷路器失靈保護(hù)，只需要使用一個(gè)計(jì)時(shí)器，即“CB Fail 1 Timer”。當(dāng)斷路器因保護(hù)動(dòng)作需要打開時(shí)，“CB Fail 1 Timer”將啟動(dòng)，當(dāng)斷路器正常動(dòng)作斷開后，“CB Fail 1 Timer”返回；當(dāng)斷路器因故障無法打開時(shí)，“CB Fail 1 Timer”延時(shí)時(shí)間到，將出口斷路器失靈保護(hù)，跳開故障斷路器相鄰斷路器。

而我廠機(jī)組出口斷路器失靈保護(hù)使用到兩個(gè)定時(shí)器，分別為“CB Fail 1 Timer”和“CB Fail 2 Timer”。帶備用延時(shí)跳閘保護(hù)的二次跳閘設(shè)計(jì)需要用到“CB Fail 1 Timer”和“CB Fail 2 Timer”兩個(gè)定時(shí)器，“CB Fail 1 Timer”用于延時(shí)時(shí)間到后重新發(fā)跳閘令跳本斷路器，如果斷路器故障仍無法斷開，則“CB Fail 2 Timer”延時(shí)時(shí)間到后將發(fā)跳閘令至故障斷路器的相鄰斷路器。

斷路器失靈保護(hù)可以由軟件內(nèi)部的保護(hù)功能動(dòng)作或者外部的邏輯輸入量（External Trip）來啟動(dòng)，斷路器失靈保護(hù)的“CB Fail 1 Timer”和“CB Fail 2 Timer”的返回方式有：

1）電流值小于設(shè)定值（I2）斷路器開位且電流小于設(shè)定值（CB Open &I<）。保護(hù)裝置收到斷路器位置在斷開位且檢測到電流值低于設(shè)定值時(shí)，計(jì)時(shí)器返回。

3）保護(hù)返回且電流小于設(shè)定值（Prot Reset &I<）。當(dāng)保護(hù)裝置檢測到故障消除，保護(hù)自動(dòng)返回并且檢測到電流值低于設(shè)定值時(shí)，計(jì)時(shí)器返回。

三、存在的缺陷

惠蓄電廠原來的斷路器失靈保護(hù)設(shè)置為：由機(jī)組斷路器的跳閘信號(hào)和軟件內(nèi)部的保護(hù)動(dòng)作變量起動(dòng)斷路器失靈保護(hù)，經(jīng)延時(shí)0.3s發(fā)跳閘令至上一級(jí)500kV斷路器及其它相鄰開關(guān)，斷路器失靈保護(hù)起動(dòng)后的返回條件為斷路器開位且電流小于設(shè)定值（CB Open & I<），低電流定值為0.04A，電流判別元件取用電流值來自發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)引出線處CT。

原設(shè)計(jì)存在以下缺陷：

1）由于所有的保護(hù)功能動(dòng)作均能起動(dòng)斷路器失靈，當(dāng)P343裝置內(nèi)部分保護(hù)功能僅用于報(bào)警或跳其他開關(guān)而不跳機(jī)組斷路器時(shí)，軟件內(nèi)部仍然會(huì)起動(dòng)斷路器失靈，且由于不跳機(jī)組斷路器，造成斷路器失靈保護(hù)起動(dòng)后無法返回，將動(dòng)作于跳500kV開關(guān)；

2）當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)生故障時(shí)，即使保護(hù)正確動(dòng)作，已經(jīng)跳開機(jī)組斷路器，但由于機(jī)組剩磁的影響，在機(jī)組內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，在中性點(diǎn)處仍然會(huì)有故障電流存在，也造成斷路器失靈保護(hù)起動(dòng)后無法返回，將跳500kV開關(guān)。而事實(shí)上此時(shí)跳上一級(jí)開關(guān)對(duì)保護(hù)發(fā)電機(jī)毫無意義。

四、消除缺陷

針對(duì)斷路器失靈保護(hù)存在的缺陷，對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行了以下改進(jìn)：

1）針對(duì)軟件內(nèi)部變量會(huì)起動(dòng)斷路器失靈，對(duì)內(nèi)部變量“Any Trip”進(jìn)行重新定義。僅將動(dòng)作于跳機(jī)組斷路器的trip信號(hào)經(jīng)“或”門定義成“Any Trip”變量。這樣改進(jìn)后，當(dāng)僅動(dòng)作于信號(hào)或者僅跳其他開關(guān)的保護(hù)功能動(dòng)作時(shí)，將不起動(dòng)斷路器失靈保護(hù)，不會(huì)造成斷路器失靈保護(hù)誤動(dòng)。

2）將斷路器失靈保護(hù)的電流判別元件所取電流的位置進(jìn)行修改，由以前的取自發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)引出線處修改至變壓器低壓側(cè)。將定值“I< CT Source”由發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)處CT（IA-1，IB-1，IC-1）更改為變壓器低壓側(cè)CT（IA-2，IB-2，IC-2）。如下圖示。

方案制定完成后，對(duì)P343系列保護(hù)裝置內(nèi)的軟件邏輯進(jìn)行了修改，并利用備品備件進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)，驗(yàn)證了該方案能夠有效的解決原斷路器失靈保護(hù)存在的各種缺陷。

該方案改變了保護(hù)廠家關(guān)于斷路器失靈保護(hù)起動(dòng)條件“一把抓”的缺陷，提出了合理的斷路器失靈保護(hù)起動(dòng)條件。針對(duì)發(fā)電機(jī)保護(hù)的多個(gè)保護(hù)功能，僅選擇動(dòng)作于跳機(jī)組斷路器的保護(hù)功能的動(dòng)作元件配置“Any Trip”變量，通過“Any Trip”變量限制斷路器失靈保護(hù)的起動(dòng)條件，能夠有效的避免斷路器失靈保護(hù)誤起動(dòng)、誤動(dòng)作的問題。

針對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障時(shí)，斷路器失靈保護(hù)的電流判別元件仍然能夠檢測到電流，造成失靈保護(hù)無法返回的問題，經(jīng)過仔細(xì)分析，反復(fù)論證，最終選擇發(fā)電機(jī)出口側(cè)（即主變低壓側(cè)）的CT作為失靈保護(hù)電流判別元件的電流取自點(diǎn)，能夠避免失靈保護(hù)起動(dòng)后不能正確返回的問題。

五、對(duì)于蓄能電站的深遠(yuǎn)意義

抽水蓄能電廠在電力系統(tǒng)中的重要性日益突出，已成為保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的一個(gè)重要保障，因此，如何保證抽水蓄能機(jī)組的可用性就具有十分重要的意義。

惠蓄電站尚處于建設(shè)階段，由于種種原因，在有些（下轉(zhuǎn)第138頁）（上接134頁）設(shè)計(jì)上存在各種缺陷，特別是直接關(guān)系到機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的斷路器失靈保護(hù)上存在重大缺陷，一旦誤動(dòng)，將直接切除兩臺(tái)機(jī)組，損失近600MW負(fù)荷，一方面對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生較大的沖擊，將直接影響到電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行；另一方面同時(shí)甩2臺(tái)機(jī)組，將對(duì)水道系統(tǒng)及機(jī)組本身造成較大的危害，嚴(yán)重影響到設(shè)備安全。

總的來說，這次的改造對(duì)我廠有以下幾點(diǎn)意義：

1）這次改造能有效的減小斷路器失靈保護(hù)誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，保證了機(jī)組的可靠性和可用率，對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的意義；

2）惠蓄電廠機(jī)組采用的聯(lián)合單元接線，一旦斷路器失靈保護(hù)誤動(dòng)引起500kV開關(guān)跳閘，不但會(huì)切除本臺(tái)機(jī)組，同時(shí)也會(huì)切除相鄰運(yùn)行機(jī)組，對(duì)主變設(shè)備及電網(wǎng)造成較大的沖擊，嚴(yán)重影響到系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3）斷路器失靈保護(hù)誤動(dòng)引起500kV開關(guān)跳閘，將同時(shí)切除兩臺(tái)機(jī)組，造成兩臺(tái)機(jī)組同時(shí)甩負(fù)荷，對(duì)發(fā)電機(jī)本身將可能造成較大的損害，同時(shí)對(duì)水道系統(tǒng)也可能造成一定的損害，嚴(yán)重影響到電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

由此可知，該方案十分有效的解決了惠蓄電廠原斷路器失靈保護(hù)存在的各種缺陷，能有效的解決斷路器失靈保護(hù)誤動(dòng)作的問題，極大的提高了機(jī)組斷路器失靈保護(hù)的可靠性、準(zhǔn)確性，為惠蓄電廠機(jī)組能夠更好的參與電網(wǎng)的調(diào)峰調(diào)頻工作提供了可靠保證。

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作者簡介：

江志堅(jiān)（1985-），男，本科，廣東人，研究方向：電動(dòng)發(fā)電機(jī)及變壓器繼電保護(hù)。