發電機變壓器組高壓斷路器失靈保護分析
關鍵詞: 斷路器 變壓器
近年來，多次發生由于發電機變壓器組高壓側斷路器一相拉不開，高壓側單相電流通過變壓器耦合使發電機非全相運行，在發電機回路產生較大的負序電流，造成發電機轉子嚴重燒壞的事故。為此，不管發電廠電氣主接線采用哪種形式，也不管發電機變壓器組高壓斷路器采用哪種類型，根據DL400-91《繼電保護和安全自動裝置技術規程》的要求，按照發電機變壓器組保護雙重化和近后備保護配置原則，在大型單元機組發電機變壓器組保護中均配置了失靈保護。當發電機變壓器組高壓側斷路器非全相運行時，失靈保護動作，跳開母聯(或分段)斷路器及發電機變壓器組高壓側斷路器所連接母線上的所有元件或與之相關的元件，保護發電機的安全?！ ?BR> 1發電機變壓器組失靈保護存在的問題
1.1失靈保護的復合電壓閉鎖問題
早期的失靈保護裝置回路沒有復合電壓閉鎖，失靈保護經常誤動。后經改造，在失靈保護回路加裝了復合電壓閉鎖，但是隨著機組單機容量的增大，負序電流對發電機轉子的危害加劇，要求在發電機變壓器組高壓側斷路器非全相運行時，盡快解除復合電壓閉鎖，并且解除發電機變壓器組失靈保護復合電壓閉鎖的邏輯關系要求。此項要求在新式的微機失靈保護裝置中可以很容易滿足，但在早期的失靈保護中很難滿足，而對早期失靈保護的改造也確非易事?！ ?BR> 1.2失靈保護裝置啟動判據及邏輯關系問題
早期的失靈保護裝置啟動判據是“斷路器保護動作”和“相電流”組成的“與邏輯”，動作是經過一定延時后(時限大于斷路器的跳閘時間與保護裝置的返回時間之和再加裕度時間)，以較短時間跳開母聯(或分段)斷路器，再經一時限跳開所連接母線上的所有有源元件或跳開與之相關的元件，而按照《“防止電力生產重大事故的25項重點要求”繼電保護實施細則》(簡稱《繼電保護細則》)的要求，發電機變壓器組失靈保護啟動后首先再跳本斷路器一次，所以，早期的失靈保護不能滿足此反措要求?！ ?BR>2發電機變壓器組失靈保護分析
2.1失靈保護復合電壓閉鎖元件
復合電壓閉鎖可防止發電機變壓器組斷路器失靈保護誤動作。但在發電機變壓器組某些類型故障時，可能不能引起復合電壓動作，比如系統母線電壓變化不大，電壓元件沒有反應；或非電量保護動作(如繞組溫度高)等，復合電壓閉鎖發揮不了閉鎖作用，反而造成失靈保護拒動?！ ∮捎谑ъ`保護接線的改進及微機保護裝置的應用，已經取消利用母線復合電壓作為發電機變壓器組失靈保護故障判別元件，而改用負序電流或零序電流或相電流作為故障判別元件。因此，對新建電廠的發電機變壓器組失靈保護采用微機保護裝置，建議取消發電機變壓器組失靈保護的復合電壓閉鎖；同時，應在失靈保護出口回路增加延時，延時時間應稍大于斷路器的跳閘時間與保護裝置的返回時間加裕度時間之和，以防止某些情況下失靈保護誤動作。
如果不能取消復合電壓回路，不管發電機變壓器組高壓斷路器是三相操作機構還是分相操作機構，應借助微機保護裝置，通過軟件或硬件改造，按照《繼電保護細則》之發電機變壓器組失靈保護邏輯要求執行。如果不能借助微機裝置實現整改的，應專門采取切實有效的措施，防止保護誤動或拒動?！?BR> 如果復合電壓閉鎖裝設在各元件的出口跳閘回路中，解除發電機變壓器組失靈保護復合電壓閉鎖很容易，僅對發電機變壓器組出口回路改造即可實現；但是如果復合電壓閉鎖裝設在失靈保護控制回路中，解除復合電壓閉鎖就很困難，需專門利用失靈保護全部定檢時間進行保護改造或升級來解決此問題。
2.2失靈保護判別元件
早期的發電機變壓器組斷路器失靈保護判別元件多采用相電流元件，較難選擇電流元件的合適定值。定值較大，在某些故障，如匝間短路時，可能不能保證電流元件的動作，也即斷路器三相失靈時，判別回路不能啟動，失靈保護拒動；而降低定值，仍難保證任何故障時的靈敏度。如果發電機變壓器組斷路器采用分相操作的斷路器，采用零序電流繼電器作判別元件，零序電流的靈敏度無問題，能保證失靈保護的可靠啟動，但如果分相操作斷路器三相失靈時，零序電流判別回路將不能啟動，失靈保護將拒動。因此，對早期的發電機變壓器組斷路器不管采用三相還是分相操作機構，也不管采用哪種失靈保護判別元件，都應按照《繼電保護細則》對發電機變壓器組失靈保護的邏輯要求進行改造。
早期失靈保護判別元件沒有斷路器非全相判別元件，發電機變壓器組失靈保護邏輯增加了斷路器非全相判別元件，非全相判別元件由斷路器3個合閘位置繼電器HWJa，HWJb，HWJC并聯和3個跳閘位置繼電器TWJa，TWJb，TWJc并聯再串聯組成，對采用分相操作的發電機變壓器組斷路器，發電機變壓器組保護設置了斷路器非全相保護，非全相保護和失靈保護可以共用一套非全相判別元件?！ ?BR> 2.3失靈保護啟動元件
失靈保護由故障元件的保護動作觸點啟動，其起動方式可分為按相啟動和三相啟動，發電機變壓器組保護起動方式為三相啟動?！?BR> 發電機變壓器組保護中啟動失靈的保護一般分下列3種情況。
2.3.1所有啟動全跳的保護都啟動失靈保護
全跳是指跳發電機變壓器組高壓側斷路器、跳廠變分支斷路器、跳滅磁斷路器。全跳的保護如發電機變壓器組(發電機、變壓器)差動保護、匝間保護、失磁保護、定子接地保護等。手動跳開發電機變壓器組高壓側斷路器單相失靈時，可以依靠主變壓器零序保護或發電機定子負序保護來啟動失靈保護；發生單相接地時，可以依靠差動保護、主變壓器零序保護來啟動失靈保護；兩相短路時，可以依靠發電機定子負序保護來啟動失靈保護；同時，應防止某些故障情況下，由于失靈保護和其它保護配合及開關跳閘時間邏輯不合理而造成失靈保護誤動作事故的發生?！?BR> 所有啟動全跳的保護都啟動失靈保護，可以彌補有些情況下有關保護的元件靈敏度不足、失靈保護未發揮作用的缺陷?！?BR> 手動跳開發電機變壓器組高壓側斷路器三相失靈時，可以依靠倒母線方法處理事故?！ ?BR> 2.3.2部分保護啟動失靈保護，瓦斯保護不啟動
失靈保護
按照技術規程規定，不允許瓦斯保護啟動失靈保護。要保證變壓器瓦斯保護不啟動失靈保護，可使變壓器瓦斯保護單獨啟動一出口中間繼電器，接至操作箱的手跳端子，而手跳不起動失靈保護?！?BR> 在瓦斯保護尚未分開單獨出口時，若斷路器失靈保護采用微機型裝置(如許昌繼電器廠設計的WMH-800系列)，電流判別及失靈計時均在一個裝置內(新設計的3/2接線的廠站一般用此類裝置)，由于它們之間不采用接點聯系，不存在電流繼電器接點粘連的問題，失靈保護的安全性還是有保證的。實際上，現在保護裝置都采用微機型失靈保護裝置，可以考慮讓變壓器瓦斯保護啟動失靈保護。如果使用電磁型電流繼電器作為判別元件，而瓦斯保護又未分開出口時(如阿繼廠設計的PFH系列)，則非常容易誤啟動失靈保護，因此不能用電磁型電流繼電器作為判別元件啟動失靈保護?！ ?BR> 2.3.3熱工保護(如斷水保護)單獨啟動失靈保護或者通過逆功率保護啟動失靈保護
發電機變壓器組高壓側斷路器為分相操作斷路器時，熱工保護可以直接啟動失靈保護，也可以由逆功率保護啟動失靈。失靈保護判別回路采用2個零序電流繼電器串聯，構成并解除電壓閉鎖，零序電流按照躲過正常運行時的不平衡電流整定。發電機變壓器組高壓側斷路器為三相操作斷路器時，熱工保護不宜直接啟動失靈保護，宜由逆功率保護啟動失靈。這時，失靈保護判別回路由2組相電流元件構成，每相用2個獨立的靜態電流繼電器，其接點串聯后，三相并聯作為判別元件。如采用微機型失靈啟動裝置時，可僅用1組電流元件，相電流元件的定值，可按較低定值整定，以提高靈敏度。
2.4失靈保護跳閘動作
對于一個半斷路器接線的失靈保護，失靈保護啟動后，首先瞬時重跳本斷路器1次，再經電流元件判別后，經一段延時，最后跳開相鄰的斷路器，并三相再跳本斷路器1次。
對于分段單母線及雙母線，早期的發電機變壓器組失靈保護動作先跳開分段或母聯斷路器，并閉鎖會誤動的平行線保護，然后再斷開其它相關的斷路器；跳開分段或母聯斷路器的時間一般為0.15s，斷開其它相關的斷路器的時間一般為0.3s，這不符合《繼電保護細則》對發電機變壓器組失靈保護動作跳閘邏輯要求。如果進行改造，要求失靈保護啟動后，首先瞬時重跳本斷路器1次，可以通過在發電機變壓器組失靈保護出口跳閘回路引出一路，瞬時跳閘?！ ?BR> 2.5其它需要說明的要點
對于雙母線接線的失靈保護，發電機變壓器組失靈保護的啟動、跳閘回路均應經電壓切換繼電器觸點控制，接入相電流元件的電流互感器，不應與其它電流互感器再并接，否則應防止并聯電流互感器汲出電流的影響，失靈保護動作跳開斷路器的同時，應閉鎖母線重合閘，失靈保護應按斷路器設置。
近年來，多次發生由于發電機變壓器組高壓側斷路器一相拉不開，高壓側單相電流通過變壓器耦合使發電機非全相運行，在發電機回路產生較大的負序電流，造成發電機轉子嚴重燒壞的事故。為此，不管發電廠電氣主接線采用哪種形式，也不管發電機變壓器組高壓斷路器采用哪種類型，根據DL400-91《繼電保護和安全自動裝置技術規程》的要求，按照發電機變壓器組保護雙重化和近后備保護配置原則，在大型單元機組發電機變壓器組保護中均配置了失靈保護。當發電機變壓器組高壓側斷路器非全相運行時，失靈保護動作，跳開母聯(或分段)斷路器及發電機變壓器組高壓側斷路器所連接母線上的所有元件或與之相關的元件，保護發電機的安全?！ ?BR> 1發電機變壓器組失靈保護存在的問題
1.1失靈保護的復合電壓閉鎖問題
早期的失靈保護裝置回路沒有復合電壓閉鎖，失靈保護經常誤動。后經改造，在失靈保護回路加裝了復合電壓閉鎖，但是隨著機組單機容量的增大，負序電流對發電機轉子的危害加劇，要求在發電機變壓器組高壓側斷路器非全相運行時，盡快解除復合電壓閉鎖，并且解除發電機變壓器組失靈保護復合電壓閉鎖的邏輯關系要求。此項要求在新式的微機失靈保護裝置中可以很容易滿足，但在早期的失靈保護中很難滿足，而對早期失靈保護的改造也確非易事?！ ?BR> 1.2失靈保護裝置啟動判據及邏輯關系問題
早期的失靈保護裝置啟動判據是“斷路器保護動作”和“相電流”組成的“與邏輯”，動作是經過一定延時后(時限大于斷路器的跳閘時間與保護裝置的返回時間之和再加裕度時間)，以較短時間跳開母聯(或分段)斷路器，再經一時限跳開所連接母線上的所有有源元件或跳開與之相關的元件，而按照《“防止電力生產重大事故的25項重點要求”繼電保護實施細則》(簡稱《繼電保護細則》)的要求，發電機變壓器組失靈保護啟動后首先再跳本斷路器一次，所以，早期的失靈保護不能滿足此反措要求?！ ?BR>2發電機變壓器組失靈保護分析
2.1失靈保護復合電壓閉鎖元件
復合電壓閉鎖可防止發電機變壓器組斷路器失靈保護誤動作。但在發電機變壓器組某些類型故障時，可能不能引起復合電壓動作，比如系統母線電壓變化不大，電壓元件沒有反應；或非電量保護動作(如繞組溫度高)等，復合電壓閉鎖發揮不了閉鎖作用，反而造成失靈保護拒動?！ ∮捎谑ъ`保護接線的改進及微機保護裝置的應用，已經取消利用母線復合電壓作為發電機變壓器組失靈保護故障判別元件，而改用負序電流或零序電流或相電流作為故障判別元件。因此，對新建電廠的發電機變壓器組失靈保護采用微機保護裝置，建議取消發電機變壓器組失靈保護的復合電壓閉鎖；同時，應在失靈保護出口回路增加延時，延時時間應稍大于斷路器的跳閘時間與保護裝置的返回時間加裕度時間之和，以防止某些情況下失靈保護誤動作。
如果不能取消復合電壓回路，不管發電機變壓器組高壓斷路器是三相操作機構還是分相操作機構，應借助微機保護裝置，通過軟件或硬件改造，按照《繼電保護細則》之發電機變壓器組失靈保護邏輯要求執行。如果不能借助微機裝置實現整改的，應專門采取切實有效的措施，防止保護誤動或拒動?！?BR> 如果復合電壓閉鎖裝設在各元件的出口跳閘回路中，解除發電機變壓器組失靈保護復合電壓閉鎖很容易，僅對發電機變壓器組出口回路改造即可實現；但是如果復合電壓閉鎖裝設在失靈保護控制回路中，解除復合電壓閉鎖就很困難，需專門利用失靈保護全部定檢時間進行保護改造或升級來解決此問題。
2.2失靈保護判別元件
早期的發電機變壓器組斷路器失靈保護判別元件多采用相電流元件，較難選擇電流元件的合適定值。定值較大，在某些故障，如匝間短路時，可能不能保證電流元件的動作，也即斷路器三相失靈時，判別回路不能啟動，失靈保護拒動；而降低定值，仍難保證任何故障時的靈敏度。如果發電機變壓器組斷路器采用分相操作的斷路器，采用零序電流繼電器作判別元件，零序電流的靈敏度無問題，能保證失靈保護的可靠啟動，但如果分相操作斷路器三相失靈時，零序電流判別回路將不能啟動，失靈保護將拒動。因此，對早期的發電機變壓器組斷路器不管采用三相還是分相操作機構，也不管采用哪種失靈保護判別元件，都應按照《繼電保護細則》對發電機變壓器組失靈保護的邏輯要求進行改造。
早期失靈保護判別元件沒有斷路器非全相判別元件，發電機變壓器組失靈保護邏輯增加了斷路器非全相判別元件，非全相判別元件由斷路器3個合閘位置繼電器HWJa，HWJb，HWJC并聯和3個跳閘位置繼電器TWJa，TWJb，TWJc并聯再串聯組成，對采用分相操作的發電機變壓器組斷路器，發電機變壓器組保護設置了斷路器非全相保護，非全相保護和失靈保護可以共用一套非全相判別元件?！ ?BR> 2.3失靈保護啟動元件
失靈保護由故障元件的保護動作觸點啟動，其起動方式可分為按相啟動和三相啟動，發電機變壓器組保護起動方式為三相啟動?！?BR> 發電機變壓器組保護中啟動失靈的保護一般分下列3種情況。
2.3.1所有啟動全跳的保護都啟動失靈保護
全跳是指跳發電機變壓器組高壓側斷路器、跳廠變分支斷路器、跳滅磁斷路器。全跳的保護如發電機變壓器組(發電機、變壓器)差動保護、匝間保護、失磁保護、定子接地保護等。手動跳開發電機變壓器組高壓側斷路器單相失靈時，可以依靠主變壓器零序保護或發電機定子負序保護來啟動失靈保護；發生單相接地時，可以依靠差動保護、主變壓器零序保護來啟動失靈保護；兩相短路時，可以依靠發電機定子負序保護來啟動失靈保護；同時，應防止某些故障情況下，由于失靈保護和其它保護配合及開關跳閘時間邏輯不合理而造成失靈保護誤動作事故的發生?！?BR> 所有啟動全跳的保護都啟動失靈保護，可以彌補有些情況下有關保護的元件靈敏度不足、失靈保護未發揮作用的缺陷?！?BR> 手動跳開發電機變壓器組高壓側斷路器三相失靈時，可以依靠倒母線方法處理事故?！ ?BR> 2.3.2部分保護啟動失靈保護，瓦斯保護不啟動
失靈保護
按照技術規程規定，不允許瓦斯保護啟動失靈保護。要保證變壓器瓦斯保護不啟動失靈保護，可使變壓器瓦斯保護單獨啟動一出口中間繼電器，接至操作箱的手跳端子，而手跳不起動失靈保護?！?BR> 在瓦斯保護尚未分開單獨出口時，若斷路器失靈保護采用微機型裝置(如許昌繼電器廠設計的WMH-800系列)，電流判別及失靈計時均在一個裝置內(新設計的3/2接線的廠站一般用此類裝置)，由于它們之間不采用接點聯系，不存在電流繼電器接點粘連的問題，失靈保護的安全性還是有保證的。實際上，現在保護裝置都采用微機型失靈保護裝置，可以考慮讓變壓器瓦斯保護啟動失靈保護。如果使用電磁型電流繼電器作為判別元件，而瓦斯保護又未分開出口時(如阿繼廠設計的PFH系列)，則非常容易誤啟動失靈保護，因此不能用電磁型電流繼電器作為判別元件啟動失靈保護?！ ?BR> 2.3.3熱工保護(如斷水保護)單獨啟動失靈保護或者通過逆功率保護啟動失靈保護
發電機變壓器組高壓側斷路器為分相操作斷路器時，熱工保護可以直接啟動失靈保護，也可以由逆功率保護啟動失靈。失靈保護判別回路采用2個零序電流繼電器串聯，構成并解除電壓閉鎖，零序電流按照躲過正常運行時的不平衡電流整定。發電機變壓器組高壓側斷路器為三相操作斷路器時，熱工保護不宜直接啟動失靈保護，宜由逆功率保護啟動失靈。這時，失靈保護判別回路由2組相電流元件構成，每相用2個獨立的靜態電流繼電器，其接點串聯后，三相并聯作為判別元件。如采用微機型失靈啟動裝置時，可僅用1組電流元件，相電流元件的定值，可按較低定值整定，以提高靈敏度。
2.4失靈保護跳閘動作
對于一個半斷路器接線的失靈保護，失靈保護啟動后，首先瞬時重跳本斷路器1次，再經電流元件判別后，經一段延時，最后跳開相鄰的斷路器，并三相再跳本斷路器1次。
對于分段單母線及雙母線，早期的發電機變壓器組失靈保護動作先跳開分段或母聯斷路器，并閉鎖會誤動的平行線保護，然后再斷開其它相關的斷路器；跳開分段或母聯斷路器的時間一般為0.15s，斷開其它相關的斷路器的時間一般為0.3s，這不符合《繼電保護細則》對發電機變壓器組失靈保護動作跳閘邏輯要求。如果進行改造，要求失靈保護啟動后，首先瞬時重跳本斷路器1次，可以通過在發電機變壓器組失靈保護出口跳閘回路引出一路，瞬時跳閘?！ ?BR> 2.5其它需要說明的要點
對于雙母線接線的失靈保護，發電機變壓器組失靈保護的啟動、跳閘回路均應經電壓切換繼電器觸點控制，接入相電流元件的電流互感器，不應與其它電流互感器再并接，否則應防止并聯電流互感器汲出電流的影響，失靈保護動作跳開斷路器的同時，應閉鎖母線重合閘，失靈保護應按斷路器設置。
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