微机发变组保护中误动故障处理

冯朴

摘 要：随着微机保护广泛运用，微机保护取代了传统整流型保护和电磁型保护，提升了设备和系统的运行水平，但微机发变组保护运行中容易发生误动故障，给微机保护的正常运行带来了隐患。本文主要以WFBZ-01型发变组保护为例，分析其发生产误动故障原因和故障诊断以及故障处理。

关键词：微机发变组保护;误动故障;故障处理

中图分类号：TM311 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）18-0084-02

按照《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求继电保护实施细则》（简称《细则》）的要求，对于采用变压器保护方面明确规定;100MW及以上发电机、220kV以上变压器的保护应采用微机型，并且根据要求应按双重化保护配置（非电气量保护除外）。所谓的双重保护（即“双主双后”配置方案），就得采用两套功能完整、相互独立的保护装置。尤其是随着数字技术、DSP技术的发展应用，当前微机型保护装置可实现了“主后一体化”的保护配置方案，可为变机组保护正确动作率长期偏低问题提供解决的基础条件，可为装置硬件、软件技术的进步和整体制造质量提升方面起推进作用。我们知道微机型保护装置要真正实现“双重”、“独立”功能，背后需要有，性能优越的软件运算功能和可靠性的硬件设计来支撑。本文主要以1台200MW机组保护工作中产生的误动故障进行深入分析。

1 WFBZ-01型发变组保护原理

1.1 基波零序电压型定子接地保护

对于基波零序电压型定子接地保护总体来说，它具有简单可靠的特点，但存在不足之处就是灵敏性相对较差，这主要是受限于定子绕组中性点附近的保护动作区，形成保护动作的死区，当在发电机定子绕组第一次发生的接地故障很难被检测发现，如再次发二次故障时就会导致电机绕组间短路或匝间短路，直接造成严重发电机组损坏事故，针对发变机组来说，要求单相接地保护中不能存在无动作死区，要真正做到百分百的保护区。因此，为了达到这要求，通常在利用基波零序电压型定子接地保护的同时，可以同时采用三次谐波电压型定子绕组单相接地保护。

1.2 发电机匝间保护

匝间保护是发电机保护的一个难点，正确动作率一直很低。虽然短路点的电流很大，对主设备安全的危害非常大，但从保护安装处却很难反应。许多原理的保护存在灵敏度不足、可靠性不高及对内外部故障暂态过程敏感等问题。目前主要的原理有横差保护（单元件横差、裂相横差即三元件横差）、不完全横差、纵向零序电压、转子二次谐波与负序（或负序增量）功率方向等。横差保护和不完全纵差保护是用于匝间故障较好的保护，但要求发电机中性点有4 个或6个及以上的引出端子，在许多情况下（尤其是汽轮发电机组）难以使用。

负序（负序增量）功率方向作为区分发电机内部与外部不对称故障的判别元件，曾经由于负序方向元件暂态特性的不完善而引起较多的误动。因为发电机和系统的负序阻抗主要成分是电感分量，时间常数很大，引起负序分量暂态时间长、电流和电压的全量变化不同步等诸多因素在负序分量突变，尤其是在第2次突变（如区外故障切除）时，影响尤为明显。故障切除时，电压可以发生突变，而电流不能突变，所以保护可能因为故障时非周期分量的影响将方向判错而误动。但是目前，国内已有多家电厂采用ΔP2保护，改进了这一问题，运行情况良好。

2 故障诊断

于2018年6月，某电厂对200MW机组作双重化微机型发变组保护改造，此机组在2019年1月正式回归运行，2019年1月23日10点47分，机组在没有故障何前兆的情况下，该机组发电机保护突然发生跳闸动作。在首发故障时显示“励磁回路速断”、“B分支差动”、“A分支差动”、“发电机差动”，接着出现“发变组差动”、“发电机横差”、分支过流”、“B分支过流”、“主变阻抗”、“主变零序”、“误上电”、“发电机正负序过流”、“定子接地3U0”、“励磁回路过流”、“馈变差动”等光字牌。在预告信号为“发变组TV断线”、“微机保护装置故障”、“定子接地3W”、“转子过负荷”等光字牌，从以光字牌可以看出是整套发变组保护同时动作。

列出了从液晶显示屏上观察到的故障信息，分析如下：（1）事件名称：励磁回路过负荷（速断）动作（A柜）;事件数据：UF=128.4645Mv;（2）事件名称：A分支差动保护动作（A柜）;（3）事件数据：[phaseUVW]事件名称：B分支差动保护动作（A柜）;事件数据：[phaseUVW];（4）事件名称：发动机差动保护动作（A柜）;事件数据：[phaseUVW];为了能尽快查找出故障点，从机组跳闸之后的一套保护装置其实仍然正常运行，但发现另一套装置发现出现有“×”（通道故障），所有保护状态显示“！”的信息（表示无信息），并且所有保护出口全部亮灯，其中出现显示屏“×”主要在开入量、开出量、CPU板通道上，因此，可分析出来，出现上述动作行为是一系統双重化配置的发变组保护的系列动作，我们可称之为误动作。

3 故障分析

3.1 故障检查

为了能找出其故障点，需要对误动装置进行上电检查，首先对测试电源插件进行检查，检查步骤：先拔出保护装置的上层所有插件，然后合上保护1-3号直流电源，检测1-3号电源的输出电压，在检测中发现3号CPU电源输出全部正常，然而1号CPU输出电压为5V、2号CPU电压为24V输，均属正常，但是±15V输出异常。

为了进一步进查找出故障点，首先将“转子过负荷保护”的分流器插出，然后进行对其输出电源进行检测发现;1号CPU电源不正常（正常电压为±15V），而2号CPU电源输出正常。然而对1号CPU电源模块进行深入检查发现，故障发生在电源内部1个三极管，给检测其三极管发现三极管已被击穿损坏，造成1号电源模板无±15V电压输出，这就确实此次故障的原因。

3.2 电源配置说明

对于双重化配置的微机型保護一般情况采用独立电源，这也是体现出双重化配置与单套保护装置的不同之处。而对于单套保护装置为了能够减少硬件故障导致的误动，采用的是的CPU结构，2个CPU系统相互闭锁出口。电源输出方面，微机保护电源输出三种不同的电压，（1）供电源供出口回路的继电器使用的为±24V;（2）电源供保护的模拟量采样通道专用为±15V;（3）±5V电源供CPU及芯片使用。

3.3 故障原因分析

通过技术资料可以看出该机组为三机励磁方式。永磁电源频率为400Hz，主励磁机电源频率为500Hz。那该机在产生设计时，基于考虑电机的保护方面，采用了“转子过载保护”，将两组电源的误差设置为100Hz，也就是永磁电源频率与主励磁机电源频率之间的差为100Hz，对于对发电机转子分流器则采用了弱电信号形式，将对发电机转子分流器两端取75mV弱电信号的方案。我们知道保护装置要维持保护工作（霍尔传感元件）至少需要±15V电源。因此，对1号CPU和2号CPU）进行独立提供±15V电源，这也是基于可靠性的考虑。

通过此事故障分析以为，主要由于霍尔传感元件损坏，导致±15V不稳定，时常出现象间隙性短路，引起了保护装置采样紊乱，在装置自检过程中由于电源稳定性差，通常以“装置故障”信号报出，最后形成误动出口。正常来说，如CPU系统发生故障时，其装置在自检过程中就会出相应故障信号，由于保护CPU系统一般具有两组以上的保护方案，如果发现一组出现故障时，另一组CPU系统将承担全面的保护功能，但是如果如果是装置采样通道发生故障时，会导致硬件回路与快速动作保护存在接点竞争，这时会出现闭锁不可靠的问题，真接导致装置故障功能失去作用，换言之，就是误动出口的保护都是不经延时引起保护装置硬件回路突发故障失去故障闭锁功能。

4 故障处理

此次保护误动，类似是装置里的某一个元件发生损坏故障而引发系统的误动作，其实是说明了《细则》中“双重化配置”存在很多不完善之处，可想而知。如果将保护装置的电源电气回路完全分开，包括1号和2号CPU霍尔元件也需独立使用，并且一定需要并列运行方式，当有一个CPU发生故障时，另一个组CPU照样正常工作，从而避免保护装置误动出口。具体解决方案就是根据“双重化“保护要求下在每套保护上增加1块“转子过负荷保护”插件，确保证CUP的供电回路是独立运行的，另外，在主励磁机输出电流（500Hz）的采样方面，需要创新硬件技术和软件算法才能得到更好解决。

5 结语

总而言之，通过上述微机发变组保护中误动故障问题，本文以为，首先是需要严格落实《细则》中有关条款，遵循科学运行，其次，对保护装置设计时违背了“双重化”的原则，这需要生产厂家对微机型发变组保护装置的进一步优化，以及运行单位在实践中不断的摸索、总结和改进，把发生误动保护装置退出运行以提高装置的调试和运行水平，减少事故损失。

参考文献

[1] 骆建龙.发变组微机保护双重化配置问题分析[J].工程技术研究，2017（01）：103.

[2] 王娟.浅谈发变组差动保护校验方法[J].河南科技，2015（21）：110.

[3] 李玮，陈悦，雷青川.发变组微机保护的测试方法研究[J].华北电力技术，2012（05）：1-4.

[4] 王鸿梅.小议发变组微机保护在电力系统中的应用[J].黑龙江科技信息，2010（02）：3.

[5] 邹月明.发变组微机保护的应用分析与总结[J].科技资讯，2006（24）：58.

[6] 陈建文.发变组微机保护双重化配置探讨[J].继电器，2004（12）：76-78.