摘要：介绍了某型燃机发电机G60保护装置误上电保护的配置逻辑，就该型燃机发电机G60保护装置误上电保护性能进行了分析和探讨，根据国内针对大型燃机发电机误上电保护的配置要求，结合现场工程实践，分析探讨并提出燃机发电机G60保护装置误上电保护配置逻辑实现的优化改进方案，对大型燃机电厂发电机G60保护装置误上电保护技术改进、提高燃气发电机组误上电保护工作性能，具有较好的借鉴意义。
关键词：G60保护装置；误上电；保护性能；分析探讨；配置逻辑；性能；实现；优化改进
0.引言
现代大型燃机电厂发电机误上电保护是对启动和停机状态下的发电机提供有效保护的重要技术手段。通常，发电机误上电有以下三种情况。第一种情况：在盘车或升速过程中，发电机未加励磁时，并网开关突然合闸，产生很大的定子电流和转子感应电流，造成对发电机的冲击和异步起动，损坏发电机；第二种情况：在启动升速过程中至并网前期间，发电机已加励磁，但并网开关同期条件尚未满足，此时并网开关误合闸，产生很大的冲击电流和电磁转矩，可能造成对发电机的损坏或引发系统振荡；第三种情况：发电机在同期并网过程中，并网断路器（尤其是高压侧断路器）断口两侧的电压相角差达180º时，断口之间易发生一相或两相闪络造成发电机误合闸。对第一种情况的误上电，有两种判别方法：（1）并网开关合位同时展宽一定时间（如展宽5S）再闭锁，灭磁开关未合（需考虑燃机机组在用SFC拖动启动时合灭磁开关且机端有压定子有流的特殊性），同时发电机定子过流；（2）发电机机端TV低压（延时动作及延时返回）、低频元件动作，同时发电机定子过流。对第二种情况的误上电，也有两种判别方法：（1）灭磁开关合位，并网开关合位同时展宽一定时间（如展宽5S）内低阻抗元件动作；（2）当发电机频率低于低频元件动作值时：由低频元件动作（延时动作及延时返回）+机端TV低压元件不动作+发电机定子过流来判别；当发电机频率高于低频元件动作值时：由并网开关断开或并网开关无流（延时动作及合闸有流延时返回）+发电机定子过流来判别。对第三种情况的误上电（闪络保护）判别方法是：并网开关断开+并网开关负序过流（机端有压）来判别。发电机并网后，误上电保护自动退出。结合工程应用实践，本文研究分析了某型燃机发电机G60保护装置误上电保护逻辑配置，结合误上电保护的几种应用情况和工程现场实际配置，提出对该燃机发电机G60型保护装置误上电保护配置逻辑的一些优化改进，对提高机组启动和停机状态下的该型发电机误上电保护的安全性和可靠性有一定借鉴意义。
1.G60型发电机误上电保护逻辑配置和性能分析
1.1概述：以某公司F级燃机G60型发电机误上电保护逻辑配置为例，该型误上电保护逻辑配置如下图一：
图一该型发电机误上电保护逻辑配置图
从该型保护逻辑配置中分析得出：该型保护逻辑配置对应的误上电情况应该是在盘车或升速过程中，直至发电机尚未加上空载额定励磁准备并网前这段期间（或虽然在LCI拖动启动期间发电机加上励磁但要考虑误上电保护逻辑中的低压/过流元件定值均需躲过机组启动期间的机端电压/电流值），并网开关突然合闸的误上电情况。
1.2该型发电机误上电保护逻辑配置分析
如图二，该型保护逻辑判据中利用低压元件(U<)判断发电机盘车或LCI拖动启动机组期间的运行状态，这种情况下如果并网开关由断开到合闸，且机端出现电流，则判断为误上电。该保护逻辑配置中“低电压＆开关离线（断开）状态”输出由1态延时250ms返回至0态，是确保误上电保护动作后开关能可靠跳闸的裕量时间。
图二该型发电机误上电保护逻辑块图
1.3该型发电机误上电保护逻辑性能分析
经进一步分析得知，该误上电保护逻辑反应的是引言中提到的第一种情况下的误上电保护应用：即在盘车或升速过程中，直至发电机尚未加上空载额定励磁准备并网前这段期间，并网开关突然误合闸导致误上电的情况。当燃机发电机转速升至额定转速附近开始加励磁升压至空载额定电压到并网开关同期合闸前这段期间内发电机可能出现的误上电情况（引言中提到的第二种和第三种误上电情形）该型保护则不会反应，因为此时低压元件U<已返回，该型误上电保护就被闭锁不开放了。该型误上电保护逻辑配置显然不能完全满足燃机机组升速升压至额定值到同期并网合闸期间机组的安全启动和同期并网合闸的安全性要求。
考虑到发电机盘车或转子静止时突然并入电网，定子电流（正序）在气隙产生旋转磁场会在转子本体中感应工频或者接近工频的电流，其影响与发电机并网运行时定子负序电流相似，会造成转子过热损伤，特别是机组容量越大，相对承受过热的能力越弱；同时随着电压等级的逐步提高，并网断路器也增加了误上电的几率。因此，对于大型发电机应配置完善的误上电保护，以对发电机组从盘车（或静止）到启动升速升压期间直至并网合闸的全过程提供可靠全面的保护，防止机组因误上电而扩大事故范围，确保系统安全和机组的安全启动并网运行。
综上分析，该型G60误上电保护配置逻辑在燃机机组升压后至并网合闸期间不能对误上电或非同期合闸提供合适的保护，虽然燃机发电机从建压到完成同期并网合闸时间很短，但大型机组发生误上电的概率总是有的。所以分析探讨并寻求合理配置的该型误上电保护逻辑优化改进方案是必要的。
2.该G60型发电机误上电保护逻辑配置的优化改进方案分析探讨
2.1概述：目前国内发变组保护厂家对误上电保护相应逻辑配置设计得比较完善，其误上电保护逻辑应用判据基本涵盖了发电机组从盘车（静止）状态至并网合闸期间的各种运行工况。和国内保护相比，国外的误上电保护逻辑判据应用得相对简单，当然简单也有简单的好处，但误上电保护应该反应机组自静态启动至并网合闸期间的全部工况这是对现代大型机组保护配置的必然要求。还有国外保护设备和国内保护设备在工程应用实践上不太相同的是：国外如GE保护和西门子保护等，其保护逻辑可以按需要进行现场配置，当然这需要现场专业工程师有相当的理论基础和丰富的实践经验。与传统调试相比，此项工作是有一定风险，但仍不失为一种有益的尝试。鉴于G60型发电机保护装置提供有灵活的逻辑配置功能，下面对该G60型发电机误上电保护的配置逻辑的改进优化工作进行分析探讨。
2.2该型G60型发电机误上电保护逻辑配置的优化改进方案分析从以上分析已得出，该误上电保护逻辑反应的是引言中提到的第一种情况下的误上电保护应用：即在盘车或升速过程中，直至发电机尚未加上空载额定励磁准备并网前这段期间，并网开关突然误合闸导致误上电的情况。当燃机发电机转速升至额定转速附近开始加励磁升压至空载额定电压到并网开关同期合闸前这段期间内发电机可能出现的误上电情况（引言中提到的第二种和第三种误上电情形）该型保护则不会反应。因此，我们的优化方案就考虑从第二种和第三种情况对应的保护判据着手，借助G60型保护逻辑配置功能和装置内部已有的一些判据条件，进行误上电保护逻辑配置的优化工作。
2.2.1误上电保护判据对应工况的分析探讨
一般而言，低压元件(U<)判断发电机盘车，未合励磁开关的情况；低频元件(F<)判断发电机转速未到额定转速已合励磁开关的情况；利用低频元件(F<)的返回状态来判断发电机转速已到额定转速已合励磁开关的情况，这三种判据的有效组合基本涵盖了燃机发电机从盘车（静止）到拖动启动直至并网合闸的全部工况，任何一种情况下断路器由开到合，机端出现电流，则判断为误上电。断路器误合闸后的断路器辅助接点和低压（低频）元件将延时返回，以保证跳闸过程的完成。误上电保护在发电机并网后自动退出运行，解列后自动投入运行。
2.2.2第二种情况的误上电保护判据构成分析探讨
考虑到原误上电保护逻辑配置中没有引入磁场开关接点的情况，所以针对第二种情况的误上电判据选择可以采用低频低压原理的误上电保护比较适用于这种未引入磁场开关接点的场合，该误上电保护判据利用并网断路器辅助接点、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，而这些判据条件在原误上电保护逻辑配置和G60型保护装置逻辑块配置内都能找到，只要按照第二种情况要求的判据条件进行适当的组态即可完成。
2.2.3第三种情况的误上电（断路器闪络保护）保护判据构成分析探讨
一般判别断路器闪络的判据是：断路器处于断开状态，发电机中出现负序电流，则判断为断路器断口处闪络。此时，经延时出口去启动失灵保护。逻辑图如下图：
图三断路器闪络保护逻辑图
2.2.4误上电保护判据构成的反措要求
考虑到误上电保护在发电机并网后自动退出运行，解列后自动投入运行的情况：该保护的投退完全依赖于发电机并网断路器辅助触点的运行可靠性，一旦该辅助触点出现问题，或连接的二次电缆回路（一般从高压开关场引到发变组保护小室的电缆不会短）可能存在的干扰问题影响到在机组并网运行后能否安全可靠地退出该保护，就会严重影响到机组的安全可靠运行。鉴于此，反措要求对误上电保护加装一块投退硬压板，由运行人员根据机组启停情况按操作典卡负责投退操作，这样可以有效提高误上电保护在机组运行期间能可靠退出的安全性。综合2.2.1～2.2.4项分析，对该型误上电保护逻辑配置进行优化改进如下：
采用低频低压式原理的误上电保护逻辑配置：编程组态如下图四～图六（图中红圈为主要修改处提示标志）：
选取模块“相欠压2”动作与模块“欠频率2”动作构建“或”逻辑（虚拟输出V10）；选取“52G接通（H7a）”与（虚拟输出V10动作）构建“与”逻辑（虚拟输出V11）；选取模块“欠频率2”返回与“52G接通（H7a）”构建“与”逻辑（虚拟输出V12）；选取（虚拟输出V11动作）与（虚拟输出V12动作）构建“或”逻辑（虚拟输出V13）；（虚拟输出V13动作）经“TIMER2”(动作延时5S/返回延时0.25S)输出（虚拟输出V17动作）；选取（虚拟输出V17动作）与模块“相瞬时过电流1”动作及外部误上电硬压板开入“WSD-YB接通（H8a）”构建“与”逻辑（虚拟输出V18）；选取模块“负序方向过电流1正向”动作与模块“负序方向过电流1反向”动作构建“或”逻辑（虚拟输出V19）；选取（虚拟输出V19动作）与外部误上电硬压板开入“WSD-YB接通（H8a）”构建“与”逻辑（虚拟输出V20）；选取（虚拟输出V18动作）与（虚拟输出V20动作）构建“或”逻辑（虚拟输出V21）；（虚拟输出V20动作）经“TIMER4”(动作延时0.3S)输出（闪络保护启动失灵出口即虚拟输出V24动作），并将此（虚拟输出V24动作）定义到控制接点输出的（H3）接点上。
（虚拟输出V21动作）经“TIMER3”(动作延时0.1S)输出（WSD- 2Trip即虚拟输出V22动作）；选取原模块“意外激励动作”与（WSD-2Trip即虚拟输出V22动作）构建“或”逻辑（误上电总出口即虚拟输出V23）；将原模块“意外激励动作”位置处替换成（误上电总出口即虚拟输出V23）变量。编程结束。
图五编程组态图
3.优化改进后的误上电保护性能和原误上电保护性能比较分析
考虑到现代大型燃机电厂发电机误上电保护是对启动和停机状态下的发电机提供有效保护的重要技术手段，所以发电机误上电保护性能要正确反应机组在从盘车或升速过程中未加励磁时，到发电机升速并已加励磁，以及发电机在同期并网过程中发生的误上电或闪络故障均能正确可靠灵敏地反应并正确动作，以尽可能地缩小事故范围、减轻机组设备损坏程度、并确保系统的安全运行。由以上分析得出：优化改进后的误上电保护能正确反应机组在从盘车或升速过程中未加励磁时，到发电机升速并已加励磁，以及发电机在同期并网过程中发生的误上电或闪络故障，和原误上电保护性能相比，优化改进后的误上电保护性能得到有效提高，能正确反应燃机发电机组从静态启动到同期并网合闸期间可能发生的误上电或闪络故障，有效提高了燃机发电机组启动和并网运行的安全可靠性。
4.结语
目前国内发变组保护厂家对误上电保护相应逻辑配置设计得比较完善，其误上电保护逻辑应用判据涵盖了发电机组从盘车（静止）状态至并网合闸期间的各种运行工况。相比而言，国外的误上电保护逻辑判据相对简单，但误上电保护应该正确反应机组自静态启动至并网合闸期间全部工况下的误上电或闪络故障是对现代大型机组保护配置的必然要求。考虑到国外如GE保护和西门子保护等，其保护逻辑可以按需要进行现场配置，当然这需要现场专业工程师有相当的理论基础和丰富的实践经验，由于时间仓促和水平能力有限，优化改进的误上电保护逻辑配置编程也许能进一步简化，如此更好。保护逻辑编程与传统调试或技改相比，此项工作是有一定风险，但考虑到此项优化改进工作无需备品等成本，仍不失为一种有益的尝试。这对采用GE保护和西门子保护的大型燃机电厂误上电保护逻辑梳理和优化改进，具有较好的借鉴意义。
图六编程组态图
参考文献
[1]许正亚.发电厂继电保护整定计算及其运行技术[M].北京：中国水利水电出版社，2009.
[2]中国华电集团公司电气及热控技术研究中心.电力主设备继电保护的理论实践及运行案例[M].北京：中国水利水电出版社，2009.
作者简介
潘益民（1970-），男，江苏常州，本科，高级工程师,大型燃机电厂电气二次设备维护，近年主要从事燃气机组电气设备检修、改造调试、技术管理工作。
论文作者:潘益民
论文发表刊物:《电力设备》2019年第17期
论文发表时间:2019/12/16
标签：发电机论文; 逻辑论文; 判据论文; 机组论文; 动作论文; 情况论文; 断路器论文; 《电力设备》2019年第17期论文;