突加电压保护的应用分析

孙绪军

（天津北疆电厂）

突加电压保护的应用分析

孙绪军

（天津北疆电厂）

随着百万机组的普及，突加电压故障的影响扩大，本文说明了突加电压保护的原理危害，分析了某厂突加电压保护的应用情况和宝贵经验。

突加电压保护；配置；应用分析

0 引言

随着社会的飞速发展，电力能源越来越重要，而同等能源产生的电力价值也要求提高，所需求的发电机装机容量也在不断扩大，百万机组已经成为发电企业的主流装机容量。单台装机容量越大，发生事故影响的范围也越大，而国内因突加电压事故造成的发电机、汽轮机损坏的大型事故也发生了几起，造成了巨大的经济损失和社会恶劣影响。因此突加电压保护已经成为百万机组的标准基本配置，某厂也配有此保护。

1 发电机突加电压原因危害和保护必要性

1.1 发电机突加电压过程

发电机突加电压是在发电机盘车或停止过程中，由于出口断路器意外误合闸并入电网，突然加电压于机组而使发电机异步启动；这个过程包括发电机转子停止转动已静止、转子盘车中、起机前暖汽轮机或转子冲转加速过程中。

1.2 发电机突加电压危害

（1）发电机突加电压对发电机的危害

发电机出口断路器误合闸时，电网系统额定电压突然加在机端定子中，使同步发电机处在异步启动工况中，在此过程中，发电机定子绕组中电流很大，此时的定子电流大小与系统容量大小有关。当系统较大时，定子电流很大，而此时的同步旋转磁场和转子存在着转速差，则转子中也会出现很大电流，容易造成转子烧损。

（2）发电机突加电压对汽轮机等的危害

在汽轮机不具备冲车并网的情况下，误合闸时转子突然转速增加，极易造成汽轮机大轴剧烈振动并造成严重机械损伤和汽轮机叶片损坏、断裂。若此时大轴的润滑液压系统还未投运或投运压力偏低，极易造成大轴摩擦和轴瓦过热损坏等机械事故。

1.3 突加电压保护设置必要性

突加电压对大机组带来的危害更大，所以在突加电压发生的工况下，应设置相应的保护功能以迅速切除电网电源。而此时的逆功率保护、失磁保护、全阻抗保护等的动作条件也满足，但有延时元件不能迅速切除故障；尤其在盘车停机工况时，发电机机端电压互感器和电流互感器已退出运行状态，上述保护已不能检测故障动作。所以，设置专用的突加电压保护已是必然。

2 发电机突加电压保护的原理和故障电气特征

2.1 发电机突加电压故障电气特征

发电机出口断路器误合闸时，由电网系统突然提供额定参数的有功，而此时发电机处于未励磁状态、转子静止或盘车低速转动，由于气隙磁场的相互作用，定子电流会很大，同时发电机未建立机端电压，处于低电压状态；所以此时监测定子电流或出口断路器侧电流是满足过流条件的，监测电压电气量是满足低电压条件的，而同时出口断路器状态是在分位状态。

2.2 发电机突加电压保护逻辑图

发电机突加电压保护在正常并网后就没有了发生突加电压需要保护的工况，所以为防止正常并网后，突加电压保护误动作，一般设定并网后突加电压保护自动退出，解列后突加电压自动投入，并设有手动投退压板。常用突加电压保护逻辑图如图1所示。

图1 突加电压保护逻辑图

3 某厂突加电压保护配置情况

3.1 突加电压保护整定计算

某厂发变组保护装置采用双套的美国GE公司生产微机型G60、T60、T35等型号设备，突加电压保护选用的是G60中AccidenLH1 Energization元件。由于该厂该保护电压取自发电机出口电压互感器，因此，突加电压保护的运行方式选择低压元件和发电机离线状态相与的逻辑方式，即发电机电压低和发电机离线同时满足为该保护的开放条件。

（1）电流整定原则按正常运行负荷电流整定

发电机出口电流互感器变比 30000/5 A

动作电流IOP=Kr×In/CTp=1.0×5 A=5A

（2）电压整定原则按可能出现的最大故障电压整定

发电机出口电压互感器变比 27/0.1 kV

发电机允许UOP=Kre×Un=0.7×100 V=70V

（3）突加电压保护出口方式

通过逻辑中跳闸母线动作于发变组解列灭磁。

3.2 突加电压保护逻辑图

该厂突加电压保护逻辑图如图2所示。

图2 突加电压保护逻辑图

从逻辑图看出过电流条件取自相电流，电压则是采用三相都欠电压的条件，由于该厂升压站是3/2主接线，所以出口断路器有两台，逻辑中采用两台断路器常开辅助接点相与；因此，该厂逻辑涵义是在两台出口断路器都断开状态、三相欠电压时，扩展300ms，若此时任一相电流满足电流条件，则突加电压保护出口跳闸。

4 某厂突加电压保护投退情况分析

4.1 突加电压保护投退情况

该厂突加电压保护是经过硬压板的方式进行手动投退；在发电机停机后手动投入“突加电压保护压板”，在发电机并网后手动退出“突加电压保护压板”；以确保其正常运行时不误动跳闸停机，而在启停机时起作用。

4.2 该厂突加电压保护应用情况分析

该厂送出线路设计为500kV同塔双回线，主接线采用3/2接线方式，Ⅰ母接有并联电抗器，Ⅱ母接有1#联变降为110kV，再经启备变降为10kV、6kV作为厂用备用电源，发电机主变之间无断路器或隔离刀闸成单元接线方式。接线图如图3所示。

该厂装机有两台发电机，均配置有突加电压保护；以一号机为例，发变组出口断路器是5021断路器和5022断路器，所以突加电压保护逻辑取自这两个断路器的辅助触点。

图3 某厂主接线图

该厂发电机在盘车和停机状态时，为保证升压站的另一台机和联变的安全可靠运行，需要合环运行，即一号机停机时，断开5021-6隔离刀闸而合上5021和5022断路器成合环运行状态；此时虽然突加电压保护压板投入，但5021和5022断路器辅助触点成闭合状态，不能启动此保护，所以保护不起作用；此种情况下，如果5021-6隔离刀闸误操作合闸，则发电机就会造成突加电压故障损坏。鉴于此种故障情况，逻辑中应在采用出口断路器辅助接点的同时还要监视采用5021-6隔离刀闸的状态辅助触点，为了安全起见，宜取两副辅助接点并联；隔刀闸位置辅助接点与出口断路器位置接点任一条件满足都应扩展启动突加电压保护判据。

该厂在主接线合环运行方式后，为防止发变组保护误出口，特意退掉发变组保护（包括突加电压保护）所有出口压板，而此时若有突加电压故障也不能切除以保护发电机。目前，运行操作票中采取的措施是，发电机停机前及时投入突加电压保护压板，等合环后退出发变组出口压板，起机前解环后投入发变组出口压板，并网后退出突加电压保护功能压板；此种方式最大限度地避免了出口断路器（即5021和5022）误合闸损坏发电机。

该厂突加电压保护功能方式虽然最大限度地保护了发电机，但仍不能避免5021-6刀闸误合闸时的情况，但由于5021-6隔离刀闸合闸闭锁中监视5021和5022的分位置状态信号且合闸需要一段时间的行程，所以几乎没有5021-6误合闸的故障；若合环后退出发变组出口压板时，能及时合上发电机主变侧的接地刀闸（5021-617），则一旦发生误合闸突加电压时，则有足够好的接地点来保护发电机，并有足够大的接地电流以使升压站断路器侧后备保护动作切除故障。

5 结束语

某厂突加电压保护目前虽然能满足设备安全可靠运行，但仍有极端工况（如合环时5021-6隔刀误合闸而此时发变组出口压板退出工况）和与其他所有发变组保护共用出口压板的问题，因此，在以后有条件或装机其他新机组时，宜设置独立的突加电压保护功能压板和跳闸出口压板及回路，功能压板宜分有自动投退软压板和手动投退硬压板。

2016-10-21）