发电机断路器失灵保护逻辑讨论与优化

董志勇

【摘 要】为实现对发电机出口断路器（GCB）的保护，单元接线中大型机组发变组保护一般配置了断路器（GCB）失灵保护。通过对提出的三种GCB失灵保护逻辑的讨论，文中对失灵保护逻辑配置的合理性进行了分析，进一步完善了机组保护逻辑原理，为机组一次设备寿期内正常运行提供了良好保障。

【关键词】发变组；GCB失灵保护；合理性

中图分类号： TV738；TM561 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）17-0034-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.17.016

0 引言

单元接线中大型机组发变组保护通常配置断路器失灵保护，实现断路器拒动时有选择性并快速切除发电机等故障元件的功能，从而保证整个电网的稳定运行；否则将会导致事故扩大：轻则损毁发电机等故障元件、重则导致整个电网崩溃[1]。因此大型机组发变组二次保护装置中有必要配置断路器失灵保护，且无法被替代的。

1 GCB失灵保护方案对比

在发电机保护如何启动失灵保护逻辑问题上，不同厂家设计上的思路却有很大差别。根据《继电保护和安全自动装置技术规程》4.9.2.2 节，失灵保护的电流判别元件一般应为相电流元件以及零序电流元件或负序电流元件。[2]从不同设计角度出发，GCB失灵保护设计以下述三种设计方案为代表，分别进行分析和特点对比。

1.1 失灵保护方案之一

针对发电机内部故障情况下，发电机保护将出口动作跳GCB，将发电机与外电网隔离。然而一旦GCB出现故障而拒动，此时为防止事故扩大，GCB失灵保护应该起作用。如图1所示的一种典型失灵保护方案，GCB拒动时失灵保护电流判据由相电流与负序电流取“或”构成， 同时叠加GCB合闸位置触点和其他启动失灵的保护动作接点，经“与”门输出动作；其分别经延时t1、t2出口：跳GCB和全停。（全停出口动作：跳变压器高压侧断路器、跳GCB、跳汽轮机、灭磁等。）

该GCB失灵保护逻辑方案中电流判据需要经整定，正序电流按躲过发电机额定负荷电流In整定，并考虑一定的可靠和返回系数，一般取值区间为1.16至1.44倍的In；按躲过正常运行时发电机最大不平衡电流整定，负序电流一般取值0.1～0.2倍的In，保护动作可靠，不容易发生误动。[3]

1.2 失灵保护方案之二

图2所示GCB失灵保护逻辑方案二在方案一的基础上进行了补充和调整，相电流元件判据ⅠOP=K*Ⅰn （K<1），使得发电机正常运行情况下GCB位置触点和相电流判据一直开放，此时相关保护动作开入接点成为断路器失灵保护唯一闭锁条件。考虑保护动作接点可能存在误动的情况，引入主汽门位置接点或者灭磁开关位置接点，与保护接点构成与门作为闭锁接点，一定程度上增加了保护的可靠性。

1.3 失灵保护方案之三

GCB失灵保护逻辑方案三在方案一的基础上进行了完善，保留方案一原有逻辑判据，考虑以定子接地为代表的保护动作时，其相电流和负序电流均较小，电流判断条件往往较难满足，难以启动GCB失灵保护。为防止这些保护无法启动失灵保护而造成事故扩大化而严重损坏电气设备，在该逻辑中增设无法通过电流判据启动失灵的动作保护判据，通过保护动作启动信号跟GCB合闸位置信号经过“与”门，短延时直接出口启动失灵保护动作。

2 方案优缺点比较

从上述三种GCB失灵保护逻辑方案的对比来看，方案一建立了基本的失灵保护逻辑框架，方案二、三在方案一的基础上对逻辑判据进行了调整和完善，下面就从电发电机保护配置整定角度分析三种方案的优缺点。

GCB失灵保护方案一存在三个逻辑判断要素：GCB位置接点、保护动作接点和电流判据，通常发电机组功率运行状态下如果保护装置误触发动作信号，失灵保护前两个条件会被满足，但该GCB失灵保护逻辑中正序电流判据按躲过发电机额定负荷电流整定，此时正常运行状态下正序电流条件很难满足，保护可靠不动作，不容易发生拒动。但考虑到大型机组发电机中性点多属不接地系统，发电机单相接地时相電流和负序电流较小，电流判断条件往往较难满足；且对于正向低功率、逆功率和程序逆功率而言，其动作定值整定在1%左右，明显在这些保护动作之时，正序电流条件都不会得到满足。因此，在单相接地和功率型保护动作启跳GCB，但GCB因故障而跳闸不成功时，失灵保护是无法启动的，存在拒动情况。

相较于GCB失灵保护方案一，方案二修正了相电流判断元件判据，使得正常运行工况下相电流判据一直满足，为防止保护动作接点误开入，将灭磁开关或主汽门位置接点开入，与保护接点取与，构成闭锁条件，突出了保护的可靠性，该逻辑方案设计思路较为独特。但与方案一相同，从电发电机保护配置整定角度来看，相电流判断条件K值整定存在一定困难，要全部满足单相接地和功率型保护动作能可靠启动失灵保护，其K值势必要整定到一个较低值，来配合这些保护动作时的电流。相应地，该逻辑中相电流判断条件被直接弱化了，无法起到判据门槛的作用，致使存在一定误动风险，更重要的是灭磁开关或主汽门位置接点的引入增大了失灵保护拒动的概率。

方案三保留了方案一原有逻辑设计构思，对比方案二，其电流判据更具可靠性，同时改进增加了其它保护动作启动信号跟GCB位置信号构成与门经延时直接出口启动失灵保护动作的逻辑，是对方案一、二的一种优化。从发电机主保护、后备保护角度分析启动失灵保护逻辑合理性，可以发现对于故障情况下相电流和负序电流较小的动作保护，需要启动失灵但往往没有能力直接启动失灵，这一点在方案一、二失灵启动逻辑中的配置是不合理的。方案三则考虑了这方面因素，选择性地将动作相电流和负序电流较小的保护配置与门直接启动失灵保护逻辑，不经模拟量判据闭锁，提高了失灵保护配置的合理性，从而尽早将故障发电机切除，避免造成事故进一步扩大。

3 结束语

综上所述，经过对三种断路器失灵保护逻辑的讨论，本文比较了各自方案的优、缺点，提出了失灵保护逻辑配置的合理性分析，方案三继承了方案一和二的优点，在一定程度上弥补了二者的缺陷，相比而言方案三更为完善，优化了GCB失灵保护逻辑，完善了机组保护配置，可以为机组一次设备寿期内正常运行提供了良好保障。

【参考文献】

[1-2]GB/T 14285-2006继电保护和安全自动装置技术规程[S].北京：中国标准出版社，2006.

[3]DL/T 684-2012大型发电机变压器继电保护整定计算导则[S].北京：中国电力出版社，2012.