浅谈DRS型发电机电压限制过流保护误动原因及改进措施

张晓宇

(杭州华电下沙热电有限公司，浙江 杭州 310018)

1 机组概况

某2×100 MW级“二拖一”多轴联合循环供热机组电厂，配置2台PG6111FA型燃机发电机、2台余锅、1台QFW—88—2汽轮发电机。燃机发电机组为高压变频 (简称SFC) 启动方式，启动时发电机作为同步电动机带动同轴燃机至燃烧自持转速。燃机发电机保护采用奥地利ELIN公司DRS微机保护装置。

2 事件过程

2020年1月14日6时57分18秒，11号燃机点火SFC拖动加速过程中，燃机转速至2 000转时(未并网)，DRS保护装置报“Oercunent Voltage restrained ”(代号51V)及“Breaker failure”(代号50BF断路器失灵)跳闸信号。同时，11号主变保护C屏(11号发电机联跳11号主变)光字牌翻牌，保护动作跳开11号主变220 kV开关(52L)，燃机自动停机6 kVⅠ段厂用电自切换成功。

3 保护误动原因分析

3.1 电压限制过流保护动作分析

电压限制过流保护是发电机短路故障的后备保护(见表1)，功能类似于国内常配置的复压记忆过流保护，但采用的是比例制动特性原理保护动作于跳发电机断路器(见图1)。保护电压取自发电机机端电压互感器(Min of T43 11500/100 V),保护电流取自发电机中性点侧电流互感器(Max of T32 5500/5)额定二次电流、电压(Ie=5 A，Ue=100 V)

表1 51V保护整定值(额定标幺值)

图1 发电机电压限制过流保护逻辑图

动作方程：(标幺值pU)

核对11号发电机DRS装置故障录波发现(见图2)，保护动作时发电机定子电流(Max=0.246 pU)1.23 A，机端电压(Min=0.143 pU)14.3 V。此时，电气量参数在动作区域|0.246>0.15|，满足电气量动作条件。由于燃机在点火加速阶段需SFC辅助，此时定子电流将逐渐增加至恒定，使SFC输出功率稳定，配合燃料增加保持转子均匀加速到4 398 r/min的自持转速。因此，该工况下的定子电流超限且不跟随机端电压值变化的情况并非短路故障，此时闭锁条件60 or SFC.Star(SFC运行信号)应当置1闭锁保护动作出口。检查报文及开关量记录发现，SFC in operatin 指令发出，但闭锁开关量输入信号一直为0(见图3)；满足51V保护动作条件。

图2 11号发电机DRS装置录波图

图3 闭锁条件输出录波图

3.2 断路器失灵保护动作分析

发电机50BF保护功能被激活于(52G OPENING)断路器分闸故障，且断路器跳闸后，发电机中性点侧CT机端二次电流必须降低到定值以下(<0.55 A)，反之下一个断路器(52L)将跳闸。由于当时燃机未并网，发电机开关(52G)尚未合闸；而保护动作时发电机定子电流(Max=0.246 pU)=1.23 A>0.55 A,满足保护动作条件。因此，保护动作出口跳开下一级11号主变220 kV开关(52L)，保护动作正确。

3.3 查找原因分析

由于SFC start activated (激活指令)——SFC in operatin(运行指令)均正常发出，因此A25(PLC)故障可基本排除。对照SFC运行闭锁回路图(见图4)，结合闭锁输出置0现象，可锁定异常范围：SFC位置闭锁继电器K93去保DRS装置一路。

经测量发现：一是K93继电器11-14动作触头接触电阻为4 Ω严重偏大(小功率继电器接触电阻<100 mΩ)。二是所使用的finder 55.34型继电器的触头容量仅为7 A，而二次额定电流为5 A，未留足1倍的裕度，加剧触头损耗和发热。

进一步拆解发现触头已有明显烧蚀发黑痕迹(发热量C=0.24×I2×R×T)。接触电阻变大的危害在于电流在触点上产生的热量增大，使得触头载流量下降，极易造成接触不可靠，使受控元件间歇性失灵；若热量过大严重时将烧坏触点。因此，K93继电器的异常造成了无闭锁信号输出至保护装置，从而引起SFC拖动期间51V保护误动。

图4 SFC启动闭锁条件输出回路图

图5 改进后启动闭锁条件输出回路

4 改进措施及建议

4.1 更换大触点容量的同规格继电器

依据《自动化电力行业规范》(DLT 1083—2008)电气直流控制回路等，中间继电器的触点容量应高于额定电流的1倍以上的要求。采取的措施为：对DRS装置所涉及保护闭锁信号输入的中间继电器，更换触点容量为10 A的finder 55.33型继电器，以满足继电器触点容量有足够载流量，保证继电器正确动作可靠性。

4.2 增加冗余闭锁回路继电器

该燃机电厂为调峰机组启停频繁，加之一次启动过程中SFC往往要经历数次启停；为进一步增强可靠性，在原有闭锁回路基础上增1组冗余继电器K93.1(见图5)，避免因单一元件故障导致保护误动。同时，考虑到冗余继电器的并接方式导致线圈总电阻减半，致使回路电流增大。因此，回路串入1只10 k的限流电阻，以保证回路工作电流处于规定值，增强稳定性。

4.3 完善保护硬压板投退方式

考虑到SFC拖动变频加速过程中产生的高次谐波影响，与之保护相关的电量存在一定的畸变情况，建议在机组启动期间退出(发电机联跳主变220 kV开关硬压板)，待机组并网后投入该压板，最大限度缩小可能因发电机保护误动等所波及的事故范围。

5 结 论

通过对 DRS型发电机电压限制过流保护误动跳闸事故分析，找到并确认原因，剖析了保护误动的原理和过程。通过增设冗余闭锁回路继电器方案、优化中间继电器的选型以及完善保护压板的投退方式，较好地解决了SFC拖动过程中闭锁回路故障造成保护误动的问题，保障了机组的安全稳定运行。

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