失靈保護在實際接線方面的應用

摘 要：針對發變組出線開關采用分相式操作機構，一旦機構卡澀或者回路等原因造成一相或兩相斷路器未合好或未跳開，致使發電機處于非全相運行狀態，簡單分析非全相運行，對發電機的危害，并提出將非全相運行與失靈保護配合以切除故障，最大限度降低對發電機的損害。

關鍵詞：失靈保護；非全相運行；負序電流；分相操作機構

1 概述

發電機非全相運行是指斷路器分相操作機構在進行分、合閘過程中，由于某種原因造成一相或兩相開關未合好或未跳開，致使定子三相電流嚴重不平衡的一種故障現象。電力系統高壓線路單相瞬時性故障發生的幾率較大，為了減少停電范圍，220kV以上電壓等級通常設置單相重合閘，允許短時非全相運行，因此其斷路器普遍采用分相式操作機構。有些電廠在選用發變組出線斷路器時連同線路一起，選擇了分相操作機構式斷路器，而發電機不允許出現非全相運行狀態。

2 非全相運行危害

眾所周知發，電機“非全相運行”嚴重威脅系統穩定和機組安全，其危害是產生負序電流，此負序電流會產生一個負序旋轉磁場，它的旋轉方向與轉子的旋轉方向相反，其轉速對轉子的相對速度可以認為是兩倍的同步轉速。這個兩倍的同步轉速掃過轉子表面的負序磁場的出現將會對發電機造成危害。（1）在轉子本體和各部件中感應出兩倍頻率的電流，從而引起附加損耗，導致轉子過熱。倍頻電流主要在轉子表面流過，并將在護環與轉子本體之間、槽楔與槽壁之間等接觸面上形成局部過熱，嚴重時極有可能造成發電機損壞；（2）負序旋轉磁場與轉子電流作用，正序旋轉磁場與定子負序電流作用產生100Hz的交變電磁力矩，作用在轉子大軸和定子基座上，發電機轉子會產生振動，從而引起軸瓦及汽輪機葉片損壞。為了防止發電機出現上述現象的發生，目前發電廠均配置各種發電機非全相保護、斷路器非全相保護、斷路器本體非全相保護等。

3 失靈保護概念

斷路器失靈保護是指電氣設備發生故障時，保護動作發出跳閘命令而斷路器拒動時，能夠以較短的時限切除同一廠站內其它有關的斷路器，使停電限制在最小范圍，從而保證整個電網的穩定運行，避免造成發電機、變壓器等故障元件的嚴重燒損和電網的崩潰瓦解事故。斷路器拒動是電網故障情況下又疊加斷路器操作失靈的雙重故障，允許適當降低其保護要求，但必須以最終能切除故障為原則。在現代高壓和超高壓電網中，斷路器失靈保護作為一種近后備保護方式得到了普遍采用。發變組斷路器失靈保護動作邏輯通常為以下三條、缺一不可（如圖1）（1）對應斷路器保護動作出口，即保護接點動作未返回；（2）斷路器任一相存在故障電流，Ia、Ib、Ic三相任一相存在故障電流且大于失靈保護定值Izd，或者主變高壓側零序電流大于整定值（3Io>3Iozd）；（3）斷路器三相狀態不一致接點開入，即斷路器合閘位置（HWJ）或跳閘位置（TWJ）至少一相未斷開。

圖1 發電機失靈保護邏輯圖（技改前）

4 非全相與失靈保護配合

綜上所述，雖然發電廠配置各種“非全相保護”但是一旦出現斷路器機構卡澀、壓力降低或者跳閘回路出現故障，必然會引起發電機非全相運行，而且任何非全相保護對于故障斷路器本身可能毫無作用，因此只能采用非全相與失靈保護配合來隔離故障斷路器的方法切除故障，保護發電機。雖然發變組保護中配置失靈保護，在發電機負荷很小時，其保護裝置及變壓器高壓側零序電流（3Io）也很小達不到動作值，失靈保護可能拒動，為了提高保護可靠性因此提出：（1）在發電機失靈保護中引入斷路器本體“非全相保護”繼電器接點（見圖2橢圓虛線部分）。即將非全相接點和原保護接點并聯接入失靈保護“與門”邏輯。這樣可以保證在正常分合閘，及斷路器偷跳情況下出現非全相而保護接點未閉合時，能夠啟動失靈保護；（2）為了保證斷路器狀態開入量的可靠，將位置判據接點HWJ（合閘位置）和TWJ（跳閘位置）接點換成斷路器輔助接點組合，即斷路器A、B、C三相的一組常開節點與一組常閉節點串聯然后并聯搭接方式。（如圖技改前、后矩形虛線部分）。（3）將變壓器高壓側零序電流采樣換成發電機側負序電流采樣，（如圖技改前后橢圓虛線部分）定值按躲過發電機允許長期負序電流承受值8%In整定，其靈敏度遠大于高壓側零序電流靈敏度。即使發變組斷路器在剛剛并網，或者剛剛與系統解列負荷很小，如果出現非全相運行，當負序電流大于8%In時將啟動失靈保護；當小于8%In，失靈保護不啟動也不會對發電機造成危害，根據聲光信號確定存在“非全相運行”可以采取措施消除故障斷路器。正常運行時即使負序電流超過定值，此時還有其它兩個判據邏輯，失靈保護也不會發生誤動。

圖2 發電機失靈保護邏輯圖（技改后）

5 結束語

技改完成后如果出現機構或控制回路原因造成發電機“非全相運行”時，（1）其斷路器本體“非全相”保護接點閉合；（2）斷路器三相不一致接點導通；（3）發電機側負序電流達到整定值。因此，將啟動“失靈保護”延時跳開母聯、及所在母線側斷路器，隔離故障斷路器及發變組，從而保證系統的穩定和機組的安全。

參考文獻

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作者簡介：周棣華（1968，5-），男，江蘇徐州人，徐州 城電力有限責任公司檢修部，助理工程師，主要從事繼電保護工作。