張 杰

哈爾濱電力職業(yè)技術(shù)學院 黑龍江 哈爾濱 150030

大容量發(fā)電機變壓器組發(fā)電機誤上電保護中邏輯電路控制較為復雜，在調(diào)試和檢測過程中會遇到一些問題。通過對邏輯電路的設(shè)計及檢測方法的研究、摸索，總結(jié)出一套較為實用和完整的檢測方法，在實踐教學中也取得了很好的效果。

1 發(fā)電機誤上電保護的分析

1.1 誤上電保護的裝設(shè)要求及類型

發(fā)電機啟停過程中發(fā)生的故障、斷路器斷口閃絡(luò)及發(fā)電機軸電流過大等故障和異常運行方式，可根據(jù)機組特點和電力系統(tǒng)運行要求，采取措施或增設(shè)相應(yīng)保護。對于300 MW及以上機組宜裝設(shè)突然加電壓保護（即誤上電保護）。［1］

發(fā)電機的誤上電有兩種情況：第一種是發(fā)電機滅磁開關(guān)未合時誤上電，由于汽輪發(fā)電機在起、停機過程中滅磁開關(guān)在開位的時間較長，因此該種情況誤上電的概率較大；另一種情況是滅磁開關(guān)合上后誤上電。

1.2 誤上電的危害

對于第一種情況，在發(fā)電機未加勵磁時誤合高壓側(cè)或機端斷路器，定子中將流過很大電流，尤其當轉(zhuǎn)子靜止時誤合閘瞬間，轉(zhuǎn)差為1，發(fā)電機等效阻抗最小，定子電流最大。定子電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場在轉(zhuǎn)子表面感應(yīng)出很大的電流，發(fā)電機以異步電動機方式拖動機組，機端出現(xiàn)低電壓。當發(fā)電機由廠用電系統(tǒng)誤上電時，由于廠用變壓器的阻抗比較大，發(fā)電機定子中的電流不大，造成的影響也相對較小。發(fā)生誤合閘后，轉(zhuǎn)子表面的熱量迅速積聚。機組容量越大，轉(zhuǎn)子承受過熱能力相對越小，所以大型發(fā)電機的轉(zhuǎn)子更容易達到熱積累極限而損壞。在發(fā)電機異步啟動過程中，轉(zhuǎn)子大軸上的葉片將產(chǎn)生較大振動，尤其是汽輪機葉片如在自然頻率處停留時間過長，機械共振極易導致材料疲勞，嚴重時葉片將出現(xiàn)斷裂。如果發(fā)電機軸承的潤滑系統(tǒng)退出工作（如在檢修時），誤合閘還將導致發(fā)電機的軸承損壞。［2］目前，500 KV系統(tǒng)中廣泛采用的3/2斷路器接線也增加了誤上電的幾率。

對于第二種情況，當發(fā)電機的滅磁開關(guān)在合位，如果不滿足同期就將發(fā)電機并網(wǎng)，將會造成非同期合閘。

如果合閘瞬間發(fā)電機頻率已接近或等于系統(tǒng)頻率，而斷路器兩端電壓相位差較大，則合閘瞬間將產(chǎn)生很大的合閘電流。在斷路器兩端電壓正好反相（即兩端電壓相位角差為180°）且都為峰值時合閘電流最大；在兩端電壓相位角差為120°時沖擊轉(zhuǎn)矩最大。

如果發(fā)電機在頻率較低時合閘，則發(fā)電機與系統(tǒng)間不僅存在較大的頻率差，機端電壓和系統(tǒng)電壓間幅值也有很大差異，角度差合格的可能性也極小。同期合閘的三個條件很可能都不滿足，至少也有兩個條件不滿足，定子中將產(chǎn)生巨大的沖擊電流。由于轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與同步轉(zhuǎn)速間存在較大差異，定子電流將在轉(zhuǎn)子表面感應(yīng)頻率差電流，導致轉(zhuǎn)子表面局部溫升。如果熱積累時間過長，同樣也會損壞轉(zhuǎn)子。非同期合閘對發(fā)電機組產(chǎn)生的巨大沖擊還將縮短發(fā)電機的使用壽命，嚴重時將直接損壞大軸。另外，非同期合閘對系統(tǒng)的沖擊也不容忽視。

2 邏輯電路設(shè)計

發(fā)電機誤上電保護邏輯電路控制圖如圖1所示。在發(fā)電機盤車、升速及靜止過程中，發(fā)變組開關(guān)及滅磁開關(guān)均在斷開位置，通過一個與門3輸出為“1”，再通過一個或門輸出為“1”；若誤合發(fā)變組開關(guān)，則通過一個時間門t2延時返回，在延時時間內(nèi)或門輸出仍保持為“1”，此時發(fā)變組高壓側(cè)有電流，與門2輸出為“1”，延時t1后發(fā)出跳閘指令。

圖1 邏輯電路

當發(fā)電機滅磁開關(guān)在合位，而發(fā)變組開關(guān)在開位時，通過一個與門4的前兩路輸入為“1”（此時與門3輸出為“0”）；如接通發(fā)變組開關(guān)，則時間門t2延時返回，在延時時間內(nèi)與門4的第一路輸入仍保持為“1”，此時發(fā)變組高壓側(cè)有電流，與門2輸出為“1”，利用阻抗Z的判據(jù)來區(qū)別是正常并網(wǎng)還是誤上電合閘。

此種情況下的誤上電一般可分為無勵磁情況下誤上電或發(fā)電機電動勢沒有達到系統(tǒng)電壓時的誤上電兩種情況，對于系統(tǒng)可強拉發(fā)電機同步的非同期合閘情況，僅有穩(wěn)定的振蕩，阻抗判據(jù)不應(yīng)動作，誤上電保護不動作。當滿足阻抗判據(jù)后，再經(jīng)過t3延時后，與門 4 輸出為“1”，或門輸出為“1”， 與門2輸出為“1”，延時t1后發(fā)出跳閘指令。

3 整定原則

3.1 動作電流的整定

整定原則：定值為誤上電最小電流的50%，即誤上電時應(yīng)可靠啟動。也可以以誤上電電流長期存在不損壞發(fā)電機為條件。由于發(fā)電機負序電流長期允許值為 （5～10%）IN，因此誤上電電流不得大于（10～20%）IN。

3.2 正向阻抗和反向阻抗的整定

在阻抗復平面上，阻抗判據(jù)動作特性為一阻抗圓，阻抗方向以看向機組為正。以發(fā)變組單元接線為例，由于阻抗判據(jù)需引入主變高壓側(cè)TA二次電流和主變高壓側(cè)母線TV二次電壓，因此，為確保誤上電后的不穩(wěn)定振蕩過程中阻抗判據(jù)能可靠動作，反向及正向整定阻抗可近似按下式整定：

式中：XT——變壓器阻抗（二次值）；

X′d——發(fā)電機暫態(tài)電抗（二次值）；

Krel——可靠系數(shù)，取1.2～1.3。

若阻抗判據(jù)中引入的是機端電壓和電流，則不考慮變壓器阻抗，即

3.3 保護動作出口t1的整定

按躲過斷路器三相動作不同期來整定，一般取1s。

3.4 斷路器合閘后延時返回時間t2的整定

當發(fā)電機誤上電時，為確保誤上電保護能可靠出口，其返回時間按下式整定：

式中，ts——時間裕度，一般可取3～5 s。

通常，t2取 5 s。

3.5 阻抗元件動作時間t3和返回時間t4的整定

t3應(yīng)保證正常同期合閘所需要的延時，應(yīng)滿足：t3+t1＜t2。

t4應(yīng)按阻抗判據(jù)在振蕩時誤返回的條件來整定，可取 0.5～1 s。

4 檢測過程

以下內(nèi)容包括誤上電保護的動作邏輯檢測和電流及阻抗定值的檢測，動作時間及返回時間的測試。

4.1 輸入TA/TV定義

將微機保護測試儀與發(fā)變組保護裝置按表1進行連接。

表1 接線端子

4.2 誤上電邏輯測試

1）時間門t2的邏輯測試。合上斷路器經(jīng)t2后，無論電流或阻抗條件是否滿足t1延時，保護均不出口。

測試方法：保持滅磁開關(guān)輔助常開觸點在開位，將發(fā)變組斷路器輔助常開觸點短接，經(jīng)過t2后，在電流輸入端子任一相加電流超過整定值，保持t1后，驗證保護是否出口（以不出口為正確）。

2）時間門t3的邏輯測試。當發(fā)變組并網(wǎng)時，不能因有輕微沖擊而造成誤上電保護誤動作。

測試方法：保持發(fā)變組斷路器輔助常開觸點在開位，將滅磁開關(guān)輔助常開觸點短接，在電流輸入端子任一相加電流超過整定值；按阻抗保護的整定范圍選擇動作區(qū)內(nèi)的某一阻抗，根據(jù)該阻抗及相電流計算該相電壓的大小及相位，將此電壓接入電壓輸入端子。測試瞬間保護不應(yīng)動作，經(jīng)t3延時后動作于出口。

4.3 誤上電過程測試

1）斷路器未合，滅磁開關(guān)未合，無電流，則誤上電保護不動作。

2）斷路器未合，滅磁開關(guān)未合，有電流達到定值，則誤上電保護動作；合斷路器，保護延時t2后返回。

3）斷路器未合，滅磁開關(guān)已合，有電流達到定值，阻抗圓不滿足動作條件，誤上電保護不動作。

4）斷路器未合，滅磁開關(guān)已合，有電流達到定值，阻抗圓滿足動作條件，則誤上電保護動作；合斷路器，保護延時t2后返回。

4.4 誤上電電流定值測試

滿足發(fā)變組斷路器及滅磁開關(guān)常開觸點未合的條件，在電流輸入端子任一相加電流，逐步增加電流，直到誤上電保護出口動作，記錄此時電流動作值。

4.5 阻抗圓定值測試

1）計算值的計算過程。阻抗圓的動作特性如圖2（a）所示。

圖2 阻抗圓動作特性

圖3 實驗界面

取 ZF=6 Ω，ZB=2 Ω，A 相電流 Ia=5 A，阻抗角 φ分別取 0°、30°、60°、85°、120°、150°、180°、210°、240°、265°、300°、330°，A 相電壓 Ua的計算值見表 2。

表2 實驗數(shù)據(jù)

2）測試方法（以阻抗角 φ=30°為例）

在測試儀上輸入A相電流Ia=5 A，相角為0°；取A相電壓Ua稍大于相應(yīng)阻抗角φ所對應(yīng)的計算值，相位角為30°，以Ua作為變量。啟動測試儀后逐漸減小Ua，直到誤上電保護動作，如圖3所示，記錄此時Ua的動作值，再計算阻抗Z的動作值，填入表2中。

［1］張兵海.高廠變分支開關(guān)誤合閘引起的發(fā)電機誤上電事故分析探討［J］.繼電器，2007，（12）.

［2］金崇光.發(fā)電機誤上電保護配置及改進措施［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2008，（15）.