一起因保护误动致机组解列案例的分析与启示

郑溢强

（福建晋江天然气发电有限公司，福建晋江 362251）

0 引言

某S109F级燃气电厂发电机采用哈电集团制造的390H全氢冷发电机，励磁系统采用GE公司全静态整流励磁系统，其监视回路串入保护动作接点采用常闭接点。发电机保护采用型号为DGT801C国电南自数字式发电机保护装置，发电机保护装置实行双重化配置，设置2套相同的保护装置。该保护装置采用冗余配置，即2套独立的保护逻辑系统（以下分别称为CPUA系统和CPUB系统）构成。2套保护逻辑原理相同，正常运行时两系统之间相互独立，但保护出口回路采用“与”方式，即当任一保护逻辑系统退出后，另一系统仍可继续运行，不受影响。

1 事件案例

2017年1月24日，某电厂监控系统报“4号发电机后备保护报警”信号，就地检查4#发电机保护A屏状态指示栏中左侧“出口信号”指示灯亮（说明：左侧为CPUA系统的状态信息、右侧为CPUB系统的状态信息）和出口信号栏中第32通道“差动启动告警”指示灯亮；进入装置差动保护模块中，CPUA系统的发电机差动A，B，C相差动电流幅值分别在（3.4～3.8）A波动，CPUB系统的发电机差动A相，B相，C相差动电流幅值几乎为0.0 A。初步判断装置CPUA模数转换插件有问题。断开4#发电机保护A屏CPUA电源空开，即退出CPUA系统和断开装置显示电源。

1月25日，监控系统频繁报“4#发电机后备保护报警”信号，该信号动作后即刻复归，就地检查4#发电机保护A屏状态指示栏中右侧“出口信号”指示灯闪亮和出口信号栏中第32通道“差动启动告警”指示灯亮，因保护装置显示电源与CPUA系统的电源空开共用，故无法查看故障信息，现场人员紧急退出4#机发电机保护A屏内的所有出口硬压板。10 min后4#发电机保护A屏状态指示栏中右侧“出口信号”和“出口跳闸”指示灯闪亮、出口信号栏中第1通道“发电机差动动作”指示灯亮，紧接着显示励磁系统故障，“出口跳闸”指示灯亮。同时，第2套保护装置也显示励磁系统故障，“出口跳闸”指示灯亮。检查发电机出口开关已断开，4#机组解列进入全速空载状态。

2 处理过程简述

1月24日发生报警时，现场人员协同专业人员到现场查看，此时机组有300 MW负荷。进入保护装置查看采样数据，发现CPUA系统的电流通道采样值在波动，同时差动电流计算值也在波动，汇同状态指示灯现象初步判断为CPUA模数转换出现问题。将此情况反馈给厂家技术人员，现场人员汇同专业人员参考厂家技术人员建议，暂时先退出CPUA系统，保留CPUB系统运行，折机进行故障排查。经过专业探讨后，退出CPUA系统，保留CPUB系统，待厂家技术人员到厂后进行排查。

1月25日再次发生报警时，由于装置显示电源与CPUA系统电源共用的空开，因而无法进入保护装置查看采样数据或告警信息，通过CPUB系统的“出口信号”和“出口跳闸”指示灯在闪烁的现象以及结合上次发生报警信号的情况相同，怀疑CPUB模数转换插件也有问题，紧急汇报调度退出第二套发电机保护装置，即退出保护所有出口压板，但由于受“3XB灭磁开关检修压板”该压板的名称误导，没有投入该压板，在与厂家技术人员沟通过程中，发电机差动保护动作，紧接着励磁系统故障动作，机组解列进入全速空载状态。

3 原因分析

与国电南自厂研发部门技术人员进行技术探讨，得知检测到模数转换插件内采样回路中的电容4E1和4E3性能下降，引起模数转换芯片工作不正常，导致采样通道的幅值在变化，造成发电机差动保护误动作。这是此事件的直接原因。

励磁系统的监视回路串入保护动作接点采用常闭接点，2套保护装置的常闭接点又采用串联方式，发电机差动保护动作触发其接点动作，致使励磁系统开放发电机保护，发电机励磁系统故障出口跳发电机出口开关及灭磁开关。这也是此事件的另一重要原因。

缺少现场紧急处理的事故应急措施，依赖于厂家技术服务，专业人员没有对特殊保护设计在运行规程中说明，也是此事件的原因之一。

4 保护装置设计原理

4.1 保护采用双CPU并行设计原理

正常运行情况下，2个完全相同的CPU系统分别取自同一组数据，然后进行各自的处理和判断，最后通过“与”方式出口。目的是有效防止硬件回路中元件损坏造成保护装置误出口，使装置具有冗余性（图1）。

异常情况下，如果一个CPU系统出现故障时，发出故障告警信号，同时该CPU系统退出运行。另一个CPU系统可以单独运行，但不与故障CPU系统共用“与”门出口，而是直接出口跳闸（图1）。此设计的目的是消除硬件回路任一元件损坏就导致该层保护全部退出的缺陷，同时也使得装置具有容错性。

图1 双系统并列设计

4.2 发电机差动保护设计原理发电机差动保护采用基

于保护原理 ANN（Aartificial Neural Network，人工神经网络）的比率制动原理，使用小波算法和神经元算法来达到快速安全可靠的目的。保护动作逻辑采用为单相差动方式，按比较发电机中性点电流互感器与机端电流互感器二次同名相电流的大小及相位构成发电机完全纵差保护。发电机纵差保护的动作特性均由无制动部分和比率制动部分组成。这种动作的优点是：在区内故障电流小时，有较高的动作灵敏度；而在区外故障时，有较强的躲过暂态不平衡差流能力（图2）。其中，Id为差动电流，Iq为差动启动电流，Is为差动速断电流，Iz为制动电流，Ig为拐点电流，单位均为A；Kz为直线斜率。

针对发电机完全纵差保护设置专门的电流互感器断线判别逻辑，当差电流大于电流互感器断线电流值时，一种情况是闭锁差动保护动作同时发出告警，另一种情况是不闭锁差动保护动作只发出告警，该保护逻辑可通过保护控制字进行控制。

4.3 励磁系统故障动作设计原理

检测励磁机系统故障的继电器正电源串联保护动作的常闭接点，当该监视继电器得不到正电源，发给保护装置“励磁系统故障”信号，保护装置接收到此信号时，不经逻辑判断直接出口跳发电机出口开关、灭磁开关及闭锁发电机出口开关合闸。即保护装置正常运行时，该继电器得到正电源，该接点断开，当保护装置动作后，该继电器失去正电源，信号接点接通。

保护装置通过开入量来接收此信号，当开入量发生反转时，因该点做特殊定义，不经逻辑判断直接出口。为防止保护误动造成误断开监视继电器正电源，保护装置在出口回路中并联“3XB灭磁开关检修”压板，以方便保护装置退出时通过此压板来闭锁“励磁系统故障”动作（图3）。

图2 发电机纵差保护动作特性

5 措施与启示

（1）对此类型的保护装置进行排查，开展保护装置的寿命管理，通过技术监督、技术更换等手段消除设备隐患。

（2）针对特殊设计，或者设计不切合各厂实际情况的，组织专家力量，针对性探讨进行整改。

（3）完善相应的应急处置预案，完善运行和检修规程，对有特殊要求保护设计要在规程中说明，现场人员要加强设备巡视、

图3 励磁回路

点检力度和处置流程，提高人员现场事故处理能力。

（4）开展专业技术培训，针对此类型保护装置进行培训，提高各级人员对设备的熟练程度，举一反三，并对其他特殊要求的保护进行排查，统一组织学习。

（5）概率问题。按厂家的设计理念，2套系统同时出错的机率非常低，针对影响机组的保护装置如果出现异常时，应及时退出相应保护，不应有侥幸心理，要避免装置误动或拒动。如果存在无法退出的情况，要及时采取相应的可靠措施。

6 结语

通过这一故障案例，分析发电机差动保护和励磁系统故障保护误动原因，了解此类型保护装置的原理及作用。学习这类事例让相关的现场人员掌握此类保护装置在运行中出现异常情况的现场处置方式，也通过这个事例，让相关的专家能够进一步优化程序和回路，从而进一步提高电力设备的安全可靠性。