發電機保護G60邏輯設計問題分析和改進

劉芳，王東亞

(珠海金灣發電有限公司，廣東 珠海 519000)

0 引言

珠海金灣發電有限公司(以下簡稱金灣發電公司)2×600 MW火電機組采用美國GE發電機變壓器組(以下簡稱發變組)保護。每臺機組按發電機-主變壓器(以下簡稱主變)單元制接線方式接線，500 kV升壓站為3/2接線方式。發變組保護包含發電機保護G60、主變保護T60、廠用高壓變壓器(以下簡稱廠高變)保護T35(A廠高變，B廠高變)、 勵磁變壓器(勵磁變)保護和非電氣量保護C30。自投產以來，發變組保護異動較多，特別是發電機保護G60在二次回路接線和邏輯設計方面存在一些問題。本文主要對發電機保護G60在500 kV開關斷開全停保護、電流互感器(CT)斷線、失磁保護和錄波啟動等二次回路接線及邏輯設計上存在的問題進行分析和改進，以提高繼電保護設備的綜合性能。

1 開關斷開全停保護邏輯分析和改進

金灣發電公司500 kV開關斷開全停保護是在發電機出口500 kV開關斷開的情況下，防止汽輪機超速的保護。保護動作出口全停時，跳主變出口開關、跳滅磁開關、關主蒸汽閥門(以下簡稱主汽閥)及廠用電切換。該保護邏輯自機組投產以來出現過兩次異動，下面以#4機組為例進行說明(#4主變出口兩斷路器為5021和5022)。

1.1 投產時邏輯

2007年年初機組投產運行時，500 kV開關斷開全停保護邏輯如圖1所示。保護動作的條件是：主汽閥開啟與500 kV開關斷開。主汽閥開啟信號由常開觸點表示，觸點斷開表示主汽閥開啟，觸點閉合表示主汽閥關閉。主變出口開關信號取兩開關的常開接點，當2個常開接點都閉合時，表示本開關合閘，當2個觸點都斷開時，表示開關分閘。

圖1 500 kV開關斷開全停保護邏輯1

1.2 增加常開節點后邏輯

由于金灣發電公司發變組保護500 kV開關斷開全停保護只有500 kV開關5022和5021各一對常開接點過來，這樣就存在因接點松動而導致保護誤動的可能?？紤]到保護全停的重要性，在2009年保護增加500 kV開關5022和5021各一對常開接點與之并聯，當5022的2對接點或5021的2對接點位置不對應時，發報警信號，當4對接點均斷開時，保護出口全停。修改后保護邏輯如圖2所示。

圖2 500 kV開關斷開全停保護邏輯2

表1 保護裝置事件記錄

圖3 500 kV開關斷開全停保護邏輯3

1.3 保護裝置事件記錄

2011年4月#4機組大修期間，發現斷開發電機保護G60裝置直流電源時，“500 kV開關斷開全?！北Ｗo動作燈會閃一下，經過反復試驗，證明“500 kV開關斷開全?！北Ｗo在G60裝置失電時，保護誤動作。裝置直流電源斷開時，檢查保護裝置事件記錄見表1。

#4發電機檢修期間，500 kV開關在閉環運行，5021和5022開關在合閘狀態，主汽閥恰好也在開啟狀態。由表1可見：G60裝置失電時，裝置的光耦插件失電，光耦插件的輸入量發生變位，裝置判斷5021和5022開關斷開，滿足500 kV開關斷開保護動作條件，保護動作出口。由于裝置電源插件的電容效驗，裝置在光耦插件失電后約90 ms才失電，從而引起保護誤動作。這種情況若發生在機組正常運行期間保護裝置直流電源突然斷開時，500 kV開關斷開全停保護就會誤動出口跳機。

1.4 再次修改后邏輯

針對這種情況，金灣發電公司引入發電機出口開關常閉接點和RS觸發器，修改500 kV開關斷開全停保護。再次修改后邏輯如圖3所示。

開關的常開接點與常閉接點分別接入RS觸發器的S端與R端，當開關合閘時，開關的常開接點閉合，RS觸發器的S端為1；常閉接點打開，RS觸發器的R端為0，RS觸發器輸出ON為1，OFF為0，表示本開關合閘。當開關分閘時，開關的常開接點打開，常閉接點閉合，RS觸發器輸出ON為0，OFF為1表示本開關在分閘。設定RS觸發器判斷以S端為優先，正常運行時，發電機出口開關合閘。如果G60保護裝置失電，開關的常開接點失電，RS觸發器的S端為0，RS觸發器的R端為0，RS觸發器的輸出不變，依然為1。經試驗證實，邏輯修改后可以有效防止500 kV開關斷開全停保護在G60裝置失電時的保護誤動作。

2 CT斷線邏輯的分析和改進

2.1 原邏輯及其存在的問題

投產以來，G60裝置中發電機機端和機尾CT斷線邏輯依靠CT斷線時，根據各單只CT的電流值由大變小的暫態變化特征，再附加上CT斷線時三相電流存在剩余電流3I0，來檢測CT斷線。CT斷線邏輯如圖4所示。

圖4 CT斷線邏輯圖1

圖5 CT斷線邏輯圖2

在這種情況下就會出現：(1)當外部穿越性故障時，由于電流過大，某些情況下CT將會有飽和現象，此時某只CT電流就由大變小了，同時有3I0，被該邏輯誤判為CT斷線。(2)在區外故障(如線路故障)切除時，三相電流由大穿越電流往正常電流返回時，也有可能出現暫態過程3I0過大觸發CT斷線邏輯動作誤報警。第2種情況下的CT斷線誤報警在金灣發電公司出現過幾次。

2.2 邏輯分析及改進[1]

為了避免這種誤報警，下面以生成的剩余電流3I0為出發點進行分析。生成剩余電流3I0有以下幾種情況：(1)CT斷線；(2)接地故障(但同時會有零序電壓)；(3)CT飽和或暫態特性引起(但這時故障電流很大)。

由此可見：排除上面第2種和第3種情況下出現的剩余電流3I0就是CT斷線。因此，在接地發生時由零序過電壓元件動作來閉鎖CT斷線邏輯，而CT飽和通過大電流來閉鎖CT斷線邏輯。正常運行時，三相電壓電流是對稱的，僅存在不平衡零序電壓和電流，值很小，此時三相電流不超過過負荷電流，如果出現過大3I0則是由CT斷線所導致。改動后CT斷線邏輯如圖5所示。

實踐證明，改動后邏輯簡潔并且沒有發生過誤報警。

3 失磁保護邏輯分析和改進

3.1 原邏輯及其缺陷

金灣發電公司的失磁保護由2個雙下拋阻抗圓組成, 反映不同負荷失磁時機端測量阻抗，阻抗計算取自發電機機端電壓和機端電流。

為防止誤動，失磁保護要求：當系統三相低電壓或發電機機端三相低電壓時，保護才開放。失磁保護主判據——異步邊界圓，由“閉鎖失磁(VO29)”來閉鎖，裝置保護定值設置見表2，其中閉鎖失磁保護VO29的邏輯設置如圖6所示。

由上面邏輯分析：VO29在如下3種情況中的任意一個滿足時為邏輯1，去閉鎖失磁保護動作：(1)機端電壓互感器(PT)斷線時；(2)500 kV系統主變高壓側PT斷線時；(3)機端三相低電壓元件，500 kV系統母線三相低電壓元件，二者全部不動作時。

表2 失磁保護定值設置1

圖6 閉鎖失磁保護定值設置邏輯圖1

設置參數設置參數設置參數功能啟用啟動延時11.000s欠壓監控0.850源Termin(SRC 1)中心點2(0,17.16Ω)閉鎖源1 VT FF動作中心點1(0,9.49Ω)半徑215.17Ω目標已鎖定半徑17.50Ω欠壓監控啟用2禁用事件啟用欠壓監控啟用1禁用啟動延時21.000s

這就會出現：當500 kV PT斷線時，VO29=1，失磁保護被閉鎖。而失磁保護的異步邊界圓僅采用機端三相電壓、電流為判據，在500 kV PT斷線時不存在誤動作的可能，所以不需要它的閉鎖。假如500 kV PT空開未合，勵磁系統故障導致失磁，而失磁保護這時會錯誤地受500 kV PT斷線的閉鎖而無法動作。顯然，這個邏輯是有缺陷的。

3.2 改動后新邏輯

失磁保護的阻抗元件主判據(按定值整定為異步邊界圓)直接由機端PT斷線閉鎖(見表3)。

機端三相低電壓或500 kV三相低電壓的閉鎖邏輯和保護出口修改如圖7所示。

VO29修改為：機端三相低電壓(受機端PT斷線的閉鎖)，或500 kV系統三相低電壓(受500 kV系統PT斷線的閉鎖)。即失磁保護受機端三相(相間)低電壓或500 kV系統三相(相間)低電壓，或機端PT斷線的閉鎖，而2個低電壓元件分別受其所采用PT的斷線閉鎖。

4 故障錄波觸發邏輯分析和改進

投產以來，金灣發電公司#3，#4發變組保護裝置故障錄波邏輯統一為一種邏輯思維，下面以發電機差動保護、定子過負荷保護和失磁保護啟動錄波為例來分析。

4.1 邏輯存在的問題

改動前的發電機保護故障錄波觸發邏輯如圖8所示，假如“或”門(65#OR)前反應異常工況的定子過負荷保護動作的話，則“或”門(65#OR)輸出為“邏輯1”，而其后的“上邊沿觸發”(66#Positive One Shot)邏輯在檢測到“或”門(65#OR)的輸出由“邏輯0”躍變為“邏輯1”時輸出一個單脈沖的“邏輯1”，同時觸發一次故障錄波，記錄1個總時長錄波時間約1.0 s。如果定子過負荷保護一直動作不返回，“或”門(65#OR)一直輸出為“邏輯1”，如果這時發電機再次發生其他保護故障如差動保護動作的話，差動保護就不會再觸發故障錄波了。顯然，這對分析故障是不利的。

圖7 閉鎖失磁保護定值設置邏輯圖2

圖8 故障錄波邏輯1

4.2 修改后的邏輯

邏輯經過修改后如圖9所示。任何反應異?；蚬收瞎r的保護動作，均分別各自經“上邊沿觸發”(positive one shot)邏輯后，再進入“或”門邏輯，去觸發故障錄波。

同樣的情況，假如反應異常工況的定子過負荷保護一直動作的話，也僅在其由“邏輯0”躍變為“邏輯1”時輸出一個單脈沖上邊沿觸發一次故障錄波，錄波時間為1.0 s，觸發前后各占50%，即0.5 s。0.5 s之內發生其他故障如差動保護，差動保護開關量啟動也會被記錄在這次故障錄波中；0.5 s后，如果發電機發生其他保護故障如差動保護動作的話，差動保護由“邏輯0”躍變為“邏輯1”時輸出一個單脈沖的上邊沿再次觸發一次新的故障錄波。由此可見，改動后的故障錄波邏輯真實記錄了保護實際的發生狀況，為故障分析提供有利的證據。

圖9 故障錄波邏輯2

5 結論

金灣發電公司發變組保護采用了GE保護，保護功能強大。自#3，#4機組投產以來，運行相對穩定，特別在2次定子接地故障中起到了可靠的保護作用。GE裝置保護雖然功能強大，邏輯設計也比較方便，但是在邏輯配置上還是要多分析、多斟酌，否則一點設計缺陷就可導致保護誤動和拒動。筆者在實踐中針對問題進行了有效的設計和改進，大大地提高了保護動作的可靠性。