微機發變組保護中誤動故障處理

馮樸

摘 要：隨著微機保護廣泛運用，微機保護取代了傳統整流型保護和電磁型保護，提升了設備和系統的運行水平，但微機發變組保護運行中容易發生誤動故障，給微機保護的正常運行帶來了隱患。本文主要以WFBZ-01型發變組保護為例，分析其發生產誤動故障原因和故障診斷以及故障處理。

關鍵詞：微機發變組保護;誤動故障;故障處理

中圖分類號：TM311 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）18-0084-02

按照《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求繼電保護實施細則》（簡稱《細則》）的要求，對于采用變壓器保護方面明確規定;100MW及以上發電機、220kV以上變壓器的保護應采用微機型，并且根據要求應按雙重化保護配置（非電氣量保護除外）。所謂的雙重保護（即“雙主雙后”配置方案），就得采用兩套功能完整、相互獨立的保護裝置。尤其是隨著數字技術、DSP技術的發展應用，當前微機型保護裝置可實現了“主后一體化”的保護配置方案，可為變機組保護正確動作率長期偏低問題提供解決的基礎條件，可為裝置硬件、軟件技術的進步和整體制造質量提升方面起推進作用。我們知道微機型保護裝置要真正實現“雙重”、“獨立”功能，背后需要有，性能優越的軟件運算功能和可靠性的硬件設計來支撐。本文主要以1臺200MW機組保護工作中產生的誤動故障進行深入分析。

1 WFBZ-01型發變組保護原理

1.1 基波零序電壓型定子接地保護

對于基波零序電壓型定子接地保護總體來說，它具有簡單可靠的特點，但存在不足之處就是靈敏性相對較差，這主要是受限于定子繞組中性點附近的保護動作區，形成保護動作的死區，當在發電機定子繞組第一次發生的接地故障很難被檢測發現，如再次發二次故障時就會導致電機繞組間短路或匝間短路，直接造成嚴重發電機組損壞事故，針對發變機組來說，要求單相接地保護中不能存在無動作死區，要真正做到百分百的保護區。因此，為了達到這要求，通常在利用基波零序電壓型定子接地保護的同時，可以同時采用三次諧波電壓型定子繞組單相接地保護。

1.2 發電機匝間保護

匝間保護是發電機保護的一個難點，正確動作率一直很低。雖然短路點的電流很大，對主設備安全的危害非常大，但從保護安裝處卻很難反應。許多原理的保護存在靈敏度不足、可靠性不高及對內外部故障暫態過程敏感等問題。目前主要的原理有橫差保護（單元件橫差、裂相橫差即三元件橫差）、不完全橫差、縱向零序電壓、轉子二次諧波與負序（或負序增量）功率方向等。橫差保護和不完全縱差保護是用于匝間故障較好的保護，但要求發電機中性點有4 個或6個及以上的引出端子，在許多情況下（尤其是汽輪發電機組）難以使用。

負序（負序增量）功率方向作為區分發電機內部與外部不對稱故障的判別元件，曾經由于負序方向元件暫態特性的不完善而引起較多的誤動。因為發電機和系統的負序阻抗主要成分是電感分量，時間常數很大，引起負序分量暫態時間長、電流和電壓的全量變化不同步等諸多因素在負序分量突變，尤其是在第2次突變（如區外故障切除）時，影響尤為明顯。故障切除時，電壓可以發生突變，而電流不能突變，所以保護可能因為故障時非周期分量的影響將方向判錯而誤動。但是目前，國內已有多家電廠采用ΔP2保護，改進了這一問題，運行情況良好。

2 故障診斷

于2018年6月，某電廠對200MW機組作雙重化微機型發變組保護改造，此機組在2019年1月正式回歸運行，2019年1月23日10點47分，機組在沒有故障何前兆的情況下，該機組發電機保護突然發生跳閘動作。在首發故障時顯示“勵磁回路速斷”、“B分支差動”、“A分支差動”、“發電機差動”，接著出現“發變組差動”、“發電機橫差”、分支過流”、“B分支過流”、“主變阻抗”、“主變零序”、“誤上電”、“發電機正負序過流”、“定子接地3U0”、“勵磁回路過流”、“饋變差動”等光字牌。在預告信號為“發變組TV斷線”、“微機保護裝置故障”、“定子接地3W”、“轉子過負荷”等光字牌，從以光字牌可以看出是整套發變組保護同時動作。

列出了從液晶顯示屏上觀察到的故障信息，分析如下：（1）事件名稱：勵磁回路過負荷（速斷）動作（A柜）;事件數據：UF=128.4645Mv;（2）事件名稱：A分支差動保護動作（A柜）;（3）事件數據：[phaseUVW]事件名稱：B分支差動保護動作（A柜）;事件數據：[phaseUVW];（4）事件名稱：發動機差動保護動作（A柜）;事件數據：[phaseUVW];為了能盡快查找出故障點，從機組跳閘之后的一套保護裝置其實仍然正常運行，但發現另一套裝置發現出現有“×”（通道故障），所有保護狀態顯示“！”的信息（表示無信息），并且所有保護出口全部亮燈，其中出現顯示屏“×”主要在開入量、開出量、CPU板通道上，因此，可分析出來，出現上述動作行為是一系統雙重化配置的發變組保護的系列動作，我們可稱之為誤動作。

3 故障分析

3.1 故障檢查

為了能找出其故障點，需要對誤動裝置進行上電檢查，首先對測試電源插件進行檢查，檢查步驟：先拔出保護裝置的上層所有插件，然后合上保護1-3號直流電源，檢測1-3號電源的輸出電壓，在檢測中發現3號CPU電源輸出全部正常，然而1號CPU輸出電壓為5V、2號CPU電壓為24V輸，均屬正常，但是±15V輸出異常。

為了進一步進查找出故障點，首先將“轉子過負荷保護”的分流器插出，然后進行對其輸出電源進行檢測發現;1號CPU電源不正常（正常電壓為±15V），而2號CPU電源輸出正常。然而對1號CPU電源模塊進行深入檢查發現，故障發生在電源內部1個三極管，給檢測其三極管發現三極管已被擊穿損壞，造成1號電源模板無±15V電壓輸出，這就確實此次故障的原因。

3.2 電源配置說明

對于雙重化配置的微機型保護一般情況采用獨立電源，這也是體現出雙重化配置與單套保護裝置的不同之處。而對于單套保護裝置為了能夠減少硬件故障導致的誤動，采用的是的CPU結構，2個CPU系統相互閉鎖出口。電源輸出方面，微機保護電源輸出三種不同的電壓，（1）供電源供出口回路的繼電器使用的為±24V;（2）電源供保護的模擬量采樣通道專用為±15V;（3）±5V電源供CPU及芯片使用。

3.3 故障原因分析

通過技術資料可以看出該機組為三機勵磁方式。永磁電源頻率為400Hz，主勵磁機電源頻率為500Hz。那該機在產生設計時，基于考慮電機的保護方面，采用了“轉子過載保護”，將兩組電源的誤差設置為100Hz，也就是永磁電源頻率與主勵磁機電源頻率之間的差為100Hz，對于對發電機轉子分流器則采用了弱電信號形式，將對發電機轉子分流器兩端取75mV弱電信號的方案。我們知道保護裝置要維持保護工作（霍爾傳感元件）至少需要±15V電源。因此，對1號CPU和2號CPU）進行獨立提供±15V電源，這也是基于可靠性的考慮。

通過此事故障分析以為，主要由于霍爾傳感元件損壞，導致±15V不穩定，時常出現象間隙性短路，引起了保護裝置采樣紊亂，在裝置自檢過程中由于電源穩定性差，通常以“裝置故障”信號報出，最后形成誤動出口。正常來說，如CPU系統發生故障時，其裝置在自檢過程中就會出相應故障信號，由于保護CPU系統一般具有兩組以上的保護方案，如果發現一組出現故障時，另一組CPU系統將承擔全面的保護功能，但是如果如果是裝置采樣通道發生故障時，會導致硬件回路與快速動作保護存在接點競爭，這時會出現閉鎖不可靠的問題，真接導致裝置故障功能失去作用，換言之，就是誤動出口的保護都是不經延時引起保護裝置硬件回路突發故障失去故障閉鎖功能。

4 故障處理

此次保護誤動，類似是裝置里的某一個元件發生損壞故障而引發系統的誤動作，其實是說明了《細則》中“雙重化配置”存在很多不完善之處，可想而知。如果將保護裝置的電源電氣回路完全分開，包括1號和2號CPU霍爾元件也需獨立使用，并且一定需要并列運行方式，當有一個CPU發生故障時，另一個組CPU照樣正常工作，從而避免保護裝置誤動出口。具體解決方案就是根據“雙重化“保護要求下在每套保護上增加1塊“轉子過負荷保護”插件，確保證CUP的供電回路是獨立運行的，另外，在主勵磁機輸出電流（500Hz）的采樣方面，需要創新硬件技術和軟件算法才能得到更好解決。

5 結語

總而言之，通過上述微機發變組保護中誤動故障問題，本文以為，首先是需要嚴格落實《細則》中有關條款，遵循科學運行，其次，對保護裝置設計時違背了“雙重化”的原則，這需要生產廠家對微機型發變組保護裝置的進一步優化，以及運行單位在實踐中不斷的摸索、總結和改進，把發生誤動保護裝置退出運行以提高裝置的調試和運行水平，減少事故損失。

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