失灵保护在实际接线方面的应用

摘 要：针对发变组出线开关采用分相式操作机构，一旦机构卡涩或者回路等原因造成一相或两相断路器未合好或未跳开，致使发电机处于非全相运行状态，简单分析非全相运行，对发电机的危害，并提出将非全相运行与失灵保护配合以切除故障，最大限度降低对发电机的损害。

关键词：失灵保护；非全相运行；负序电流；分相操作机构

1 概述

发电机非全相运行是指断路器分相操作机构在进行分、合闸过程中，由于某种原因造成一相或两相开关未合好或未跳开，致使定子三相电流严重不平衡的一种故障现象。电力系统高压线路单相瞬时性故障发生的几率较大，为了减少停电范围，220kV以上电压等级通常设置单相重合闸，允许短时非全相运行，因此其断路器普遍采用分相式操作机构。有些电厂在选用发变组出线断路器时连同线路一起，选择了分相操作机构式断路器，而发电机不允许出现非全相运行状态。

2 非全相运行危害

众所周知发，电机“非全相运行”严重威胁系统稳定和机组安全，其危害是产生负序电流，此负序电流会产生一个负序旋转磁场，它的旋转方向与转子的旋转方向相反，其转速对转子的相对速度可以认为是两倍的同步转速。这个两倍的同步转速扫过转子表面的负序磁场的出现将会对发电机造成危害。（1）在转子本体和各部件中感应出两倍频率的电流，从而引起附加损耗，导致转子过热。倍频电流主要在转子表面流过，并将在护环与转子本体之间、槽楔与槽壁之间等接触面上形成局部过热，严重时极有可能造成发电机损坏；（2）负序旋转磁场与转子电流作用，正序旋转磁场与定子负序电流作用产生100Hz的交变电磁力矩，作用在转子大轴和定子基座上，发电机转子会产生振动，从而引起轴瓦及汽轮机叶片损坏。为了防止发电机出现上述现象的发生，目前发电厂均配置各种发电机非全相保护、断路器非全相保护、断路器本体非全相保护等。

3 失灵保护概念

断路器失灵保护是指电气设备发生故障时，保护动作发出跳闸命令而断路器拒动时，能够以较短的时限切除同一厂站内其它有关的断路器，使停电限制在最小范围，从而保证整个电网的稳定运行，避免造成发电机、变压器等故障元件的严重烧损和电网的崩溃瓦解事故。断路器拒动是电网故障情况下又叠加断路器操作失灵的双重故障，允许适当降低其保护要求，但必须以最终能切除故障为原则。在现代高压和超高压电网中，断路器失灵保护作为一种近后备保护方式得到了普遍采用。发变组断路器失灵保护动作逻辑通常为以下三条、缺一不可（如图1）（1）对应断路器保护动作出口，即保护接点动作未返回；（2）断路器任一相存在故障电流，Ia、Ib、Ic三相任一相存在故障电流且大于失灵保护定值Izd，或者主变高压侧零序电流大于整定值（3Io>3Iozd）；（3）断路器三相状态不一致接点开入，即断路器合闸位置（HWJ）或跳闸位置（TWJ）至少一相未断开。

图1 发电机失灵保护逻辑图（技改前）

4 非全相与失灵保护配合

综上所述，虽然发电厂配置各种“非全相保护”但是一旦出现断路器机构卡涩、压力降低或者跳闸回路出现故障，必然会引起发电机非全相运行，而且任何非全相保护对于故障断路器本身可能毫无作用，因此只能采用非全相与失灵保护配合来隔离故障断路器的方法切除故障，保护发电机。虽然发变组保护中配置失灵保护，在发电机负荷很小时，其保护装置及变压器高压侧零序电流（3Io）也很小达不到动作值，失灵保护可能拒动，为了提高保护可靠性因此提出：（1）在发电机失灵保护中引入斷路器本体“非全相保护”继电器接点（见图2椭圆虚线部分）。即将非全相接点和原保护接点并联接入失灵保护“与门”逻辑。这样可以保证在正常分合闸，及断路器偷跳情况下出现非全相而保护接点未闭合时，能够启动失灵保护；（2）为了保证断路器状态开入量的可靠，将位置判据接点HWJ（合闸位置）和TWJ（跳闸位置）接点换成断路器辅助接点组合，即断路器A、B、C三相的一组常开节点与一组常闭节点串联然后并联搭接方式。（如图技改前、后矩形虚线部分）。（3）将变压器高压侧零序电流采样换成发电机侧负序电流采样，（如图技改前后椭圆虚线部分）定值按躲过发电机允许长期负序电流承受值8%In整定，其灵敏度远大于高压侧零序电流灵敏度。即使发变组断路器在刚刚并网，或者刚刚与系统解列负荷很小，如果出现非全相运行，当负序电流大于8%In时将启动失灵保护；当小于8%In，失灵保护不启动也不会对发电机造成危害，根据声光信号确定存在“非全相运行”可以采取措施消除故障断路器。正常运行时即使负序电流超过定值，此时还有其它两个判据逻辑，失灵保护也不会发生误动。

图2 发电机失灵保护逻辑图（技改后）

5 结束语

技改完成后如果出现机构或控制回路原因造成发电机“非全相运行”时，（1）其断路器本体“非全相”保护接点闭合；（2）断路器三相不一致接点导通；（3）发电机侧负序电流达到整定值。因此，将启动“失灵保护”延时跳开母联、及所在母线侧断路器，隔离故障断路器及发变组，从而保证系统的稳定和机组的安全。

参考文献

[1]李火元.电力系统继电保护与自动装置（第二版）[M].中国电力出版社.

[2]南京自动化股份有限公司.GTB-803B.发变组保护技术说明书[Z].

[3]涂育中.沙角C电厂发电机出口断路器非全相保护研究[J].广东电力，2005，18（8）.

作者简介：周棣华（1968，5-），男，江苏徐州人，徐州 城电力有限责任公司检修部，助理工程师，主要从事继电保护工作。