一例误上电保护误动作的事故分析

杨 奇

（山西潞光发电有限公司，山西长治 046699）

0 引言

发电机在启动及并网过程中，由于误操作等原因可能使出口断路器误合闸。发电机在转子静止、盘车或起励后不具备同期并网条件时误合出口断路器，突加的电压会在定子绕组中流过3～4 倍额定电流，使发电机内部形成旋转磁场，旋转磁场在转子中感应工频或者接近工频的电流，造成发电机严重烧损或大轴扭曲。特别是随着机组容量越大，承受过热的能力越弱，误上电时发电机异步启动、逆功率保护、失磁保护等也可能满足动作条件，但时限较长且开机和盘车时有些保护可能因无机端电压而不起作用，所以应重点关注误上电保护的配置、校验及日常运行维护。

1 故障经过

2018 年9 月12 日某火电厂2 号机组启动并网，7：00 汽轮发电机组冲转至3 000 r/min，合灭磁开关、励磁系统起励正常。检查各系统正常后启动同期，7：22：36 发电机变压器组（以下简称发变组）出口断路器合闸，随即发变组B 套保护装置误上电保护动作，跳灭磁开关、发变组出口断路器。该机组为发电机变压器单元接线方式，发电机容量300 MW，机端额定电压20 kV，发电机中性点采用接地变压器接地，配置2 套发变组保护：A 套为南瑞继保PCS-985保护装置，B 套为国电南自DGT801U 保护装置。

2 故障分析

2.1 故障信息

故障发生后调取发变组A、B 套保护装置及故障录波器信息发现：0 ms 发变组出口断路器合闸（绝对时间2018-09-12T07：22：36 281.0 ms），约1 800 ms 发电机机端三相电流达1 A，1 900 ms 误上电保护动作，1 930 ms 发变组出口断路器分闸。录波图显示机端电流从0 逐渐增大至1.005 A（有效值），约0.2 s 后进入稳态，三相间角度各差120°，电流、电压均无突变现象，无误上电或非同期并网的故障特征，A 套保护装置无任何保护动作，因此初步判定为B 套保护装置误动作。

发变组B 套保护装置故障信息为：发电机误上电保护动作时间为2018-09-12T07：22：38 178 ms，动作时的参数为电阻RUV=44.772 7 Ω，电抗XUV=32.972 2 Ω；电阻RVW=43.866 Ω，电抗XVW=34.450 6 Ω；电阻RWU=45.615 6 Ω，电抗XWU=34.469 Ω。打印发变组B 套保护装置定值单如表1 所示。

表1 发变组B 套保护装置定值单

2.2 保护原理分析

DGT801U 保护装置取机端电流互感器二次电流、机端电压互感器二次电压、灭磁开关常闭辅助接点、出口断路器常闭辅助接点。使用定子电流、低阻抗判据来区分发电机正常并网还是误上电；利用定子负序电流判别并网前断路器某相断口闪络：当断路器开关断开时，如果发电机中出现负序电流，则判断为断路器断口处闪络，经延时t21出口启动失灵保护。DGT801U 装置误上电逻辑如图1 所示。

图1 DGT801U 装置误上电逻辑图

在发电机盘车或升速过程中，磁路开关在断开位置，励磁系统未向发电机提供励磁电流，发电机不会进行并网操作，此时断路器开关值在t12返回时间前为1、灭磁开关值为1，定子电流大于整定值，则可判断为误合断路器开关造成误上电，经与门3、与门2 及延时t11出口。发电机灭磁开关合上到并网期间，用阻抗元件来区分正常并网或误上电，阻抗Z 小于设定值则判定为误合闸，大于设定值则为正常并网，断路器开关值在t12返回时间前为1、灭磁开关闭合取反为1，且定子电流大于设定值，经与门4、与门2 及延时t11出口[1]。

2.3 故障分析

故障录波器中误上电保护动作时间为2018-09-12T07：22：38 181.0 ms，与发变组B 套保护动作时间一致。对比B 套保护装置定值清单：正向阻抗Z1F为4.7 Ω、反向阻抗3.1 Ω，动作电流1.0 A，出口延时0.1 s，比较保护动作时电阻电抗值均大于整定值，不满足动作条件。机端三相电流约1 A 经0.1 s 延时后动作，但灭磁开关闭合，值为0 不满足与门3 动作条件。灭磁开关闭合，值为0 时取反为1，计算阻抗值大于整定值，同样不满足与门4 动作条件。保护逻辑图只有定子电流大于1 A，无法解释误上电保护动作原因。

调取保护装置逻辑发现内部灭磁开关设置闭合为1，而非外回路取常闭接点对应的闭合为0，满足与门3 出口判据，结合定子电流大于1 A，保护装置经与门3、与门2 出口。该保护装置于2016 年升级改造，改造后未核实开关量辅助接点取常开/常闭值与外回路的一致性，但改造后已经过4 次启停机，误上电保护均未动作，查询此前4 次启动并网时刻的录波图，录波时长在1.1～3.4 s 之间，定子电流最大有效值为0.65 A，均小于设定值1 A（如表2 所示）。由此可判断之前机组并网后加负荷较慢，t12时间（此装置设定3 s）内定子电流不满足逻辑判据（定子电流大于1 A），3 s 后断路器辅助接点值为0，可闭锁与门3出口，所以之前4 次机组启动误上电保护均未动作。

表2 机组历次启动时故障录波器记录最大电流

3 误上电保护原理分析及应用建议

按照DL/T 684—2012《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》，误上电保护分为全阻抗特性、偏移阻抗特性、低频低压过流特性。阻抗保护原理通常采用如图1 所示的逻辑图，发电机盘车或升速过程中采用过电流加出口断路器辅助接点判据，发电机起励至并网过程中采用阻抗判据。典型低频低压过流误上电保护逻辑如图2 所示，不再引入灭磁开关辅助接点，保护利用断路器辅助接点、定子电流、低频低压判据来判断发电机正常并网或是误上电。使用低压元件（U＜）判断发电机盘车，未合灭磁开关的情况；使用低频元件（F＜）判断发电机转速未到额定转速已合灭磁开关的情况。

图2 低频低压误上电保护逻辑

保护装置的逻辑判据应尽可能采用模拟量，减少开关量。在国家能源局《防止电力生产事故的二十五项重点要求》及GB/T 14285—2006《继电保护与安全自动装置技术规程》等文件中，虽然有防止由于开入量的短暂干扰造成保护装置误动出口[2]、拉合装置直流电源时不能造成保护误动等条款[3]，但实际生产运行中由于设备结构特点、拉合直流电源造成开关量变位等现象经常发生。如文献[4]中的发电厂灭磁开关为可拉伸式，二次插件为可插拔式，灭磁开关辅助接点设计取常闭接点，发电机冲转到额定转速之前灭磁开关处于拉出状态，二次插件断开常闭接点打开，误上电保护判定灭磁开关闭合导致失去闭锁作用。为防止误上电保护拒动，解决方案为灭磁开关辅助接点改为常开接点，然后在软件中取“非”，确保灭磁开关处于拉出状态也不会造成误上电保护误动作。文献[5]中1 号、3 号发变组保护B 柜所用直流电源在Ⅰ、Ⅱ段母线联络运行切换为分段运行时，操作过程中直流Ⅱ段母线短暂失电，导致发电机出口断路器常开辅助接点、发电机电气制动开关常开辅助接点变位，同时Ug（机端电压）需经延时后闭锁出口，导致误上电保护动作。文献[6]中保护装置在模拟直流掉电故障时误上电保护误动作，检查原因为保护开入量电源失去时，保护装置由于检测不到主断路器和灭磁开关辅助接点而默认其为断开位置，即灭磁开关辅助接点输出为1，满足发电机在盘车或升速过程中突然误并入电网保护动作的3 个判据立即出口。解决方案为保护逻辑中应增加“电源消失闭锁保护出口逻辑”。

采用阻抗原理的误上电保护引入了发电机出口断路器和灭磁开关两个辅助接点，相比低频低压原理多引入灭磁开关辅助接点，同时也增加了因开关量问题导致误动的可能性，笔者建议优先选用低频低压原理的误上电保护。对逻辑判别中必须使用开关量的保护，为防止保护装置正常运行中掉电造成开入变位，建议采用开关量常闭接点，但要特别注意开入电源与装置电源采用同一路电源，装置掉电时应闭锁逻辑出口。对文献[5]中带二次插头的灭磁开关，则应在机组准备启动前将二次插头插入，避免机组启动中插拔二次插头时开关量变位对其他设备造成影响。

4 结论

a）误上电保护仅在机组未并网时起作用，在发电机正常运行时不起作用，虽然保护原理中有机组并网后自动退出的逻辑，但为防止机组正常运行中保护误动作，应在机组并网后及时退出保护硬压板。同样，对正常运行中不起作用的启停机保护、断路器闪络保护也应执行同样的操作。

b）发电机在并网时应确保待并两侧电压的幅值、相位在允许范围内，避免文献[7]中因较大冲击电流导致误上电保护动作。

c）发变组出口断路器合闸后应缓慢加负荷，防止突加负荷造成保护返回时间内满足过电流判据造成保护出口。

d）新投运、改造保护装置验收试验时应特别检查逻辑条件中辅助接点常开常闭取值与外回路接线相对应。