发电机误上电保护

1、启停机保护

启停机保护: 发电机启动或停机过程中，配置反应相间故障的保护和定子接地故障的保护。由于发电机启动或停机过程中，定子电压频率很低，因此保护采用了不受频率影响的算法，保证了启停机过程中对发电机的保护。 以上的启停机保护的投入可经低频元件闭锁，也可经断路器位置辅助接点闭锁。

有些情况下，由于操作上的失误或其它原因使发电机在启动或停机过程中有励磁电流，而此时发电机正好存在短路或其它故障，由于此时发电机的频率低，许多保护继电器的动作特性受频率影响较大，在这样低的频率下，不能正确工作，有的灵敏度大大降低，有的则根本不能动作。

鉴于上述情况，对于在低转速下可能加励磁电压的发电机通常要装设反应定子接地故障和反应相间短路故障的保护装置。这种保护，一般称为启停机保护。现在一些微机保护装置都有频率自适应（跟踪）功能，保证偏离工频时，特别在发电机在开停机过程（5～65HZ），不影响保护的灵敏度。因此没有必要再装设启停机保护，海盐力源引进美国GE公司的G60微机保护正是如此。

2、误上电保护（盘车状态下误合闸）

发电机在盘车（大型发电机组的检修中,经常需要缓慢转动整个机组转动部分——俗称"盘车".机组盘车可采用机械或电动两种方式,应根据机组的型式和具体检修内容确定盘车的方式.电动盘车是使发电机定,转子分别通上直流电后,利用定,转子磁场间的电动力,使机组缓慢转动. 发电机处于电动盘车状态时,相当于发电机工作在直流电动机状态.其原理是:当发电机转子绕组通以恒定直流时,转子将产生一个恒定的转子磁场.此时若定子绕组某一相也通入直流,则该相也产生一个磁场.当通入的电流刚好使两磁场的极性相反,则两磁场相互吸引,反之则相斥.当磁场产生的电磁转矩大于转子的摩擦转矩时,转子便转动一个电气角度,直至定转子的磁轴相重合时转子停止转动.此时给定子的另一相通人电流,则转子又旋转一个电气角度,这样A,B,C三相按顺序不间断地依次循环通人电流,则转子便能连续转动）.过程中，由于出口开关误合闸，突然加上三相电压，而使发电机异步启动的情况，在国外曾多次出现过，它能在几秒钟内给机组造成损伤。盘车中的发电机突然加电压后，电抗接近Xd''，并在启动过程中基本上不变。计及升压变压器的电抗Xd和系统联接电抗Xs，并且在 较小时，流过发电机定绕组的电流可达3～4倍额定值，定子电流所建立的旋转磁场，将在转子中产生差频电流，如果不及时切除电源，流过电流的持续时间过长，则在转子上产生的热效应I22t将超过允许值，引起转子过热而遭到损坏。此外，突然加速，还可能因润滑油压低而使轴瓦遭受损坏。

因此，对这种突然加电压的异常运行状况，应当有相应的保护装置，以迅速切除电源。对于这种工况，逆功率保护、失磁保护、机端全阻抗保护也能反应，但由于需要设置无延时元件；

盘车状态，电压互感器和电流互感器都已退出，限制了其兼作突加电压保护的使用。一般来说，设置专用的误合闸保护比较好，不易出现差错，维护方便。

误上电保护实现的原理多种多样，其原理大同小异，主要区别在于发电机停机状态的鉴别元件，有的用低频元件，有的用低电压元件，均辅以开关的辅助触点。

误上电保护:发电机盘车时，未加励磁，断路器误合，造成发电机异步起动。（2）发电机起停过程中，已加励磁，但频率低于一定值，断路器误合。3）发电机起停过程中，已加励磁，但频率大于一定值，断路器误合或非同期。

启停机保护: 发电机启动或停机过程中，配置反应相间故障的保护和定子接地故障的保护。由于发电机启动或停机过程中，定子电压频率很低，因此保护采用了不受频率影响的算法，保证了启停机过程中对发电机的保护。 以上的启停机保护的投入可经低频元件闭锁，也可经断路器位置辅助接点闭锁。

发电机起停过程中，已加励磁，但频率大于定值，断路器误合或非同期。 采用断路器位置接点，经控制字可以投退。判据延时0.2s投入（考虑断路器分闸时间），延时t1退出其时间应保证跳闸过程的完成。当发电机非同期合闸时，如果发电机断路器两侧电势相差180°附近，非同期合闸电流太大，跳闸易造成断路器损坏，此时闭锁跳断路器出口，先跳灭磁开关，当断路器电流小于定值时再动作于跳出口开关。

发电机起停过程中，已加励磁，但频率低于定值，断路器误合。采用低频判据延时0.2s投入，频率判据延时t1返回，其时间应保证跳闸过程的完成。

300MW及以上发电机组，一般都要装设误上电保护，以防止发电机起停机时的误操作。当发电机盘车或转子静止时发生误合闸操作，定子的电流（正序电流）在气隙产生的旋转磁场会在转子本体中感应工频或接近工频的电流，会引起转子过热而损失。

误上电保护原理是将误上电分成两个阶段。以开机为例，第一阶段：从开机到合磁场开关。在这期间，由于无励磁，发电机不可能进行并网操作，因此要求发电机断路器合闸和定子有电流，则必然为误上电，瞬时跳闸；第二阶段：从合磁场开关到并网。在这期间，用阻抗元件来区分并网和误上电，误上电一般可做到0.5s内跳闸，并且误上电情况越严重，跳闸也越快。

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。

保护引入发电机三相电流和主变高压侧或者发电机侧两相电流和两相电压

3、突加电压保护

下面仅介绍GE公司G60保护（以低电压元件作为停机鉴别元件）的突加电压保护逻辑。 该保护主要用于保护发电机在盘车或减速时发生误合闸，还可以用来作为“同期失败”保护。低压元件和发电机离线状态的逻辑配合有“与”和“或”的逻辑可供选择（由控制字“UV or Offline”选择）。当选择“或”逻辑时，同期失败保护投入。

发电机误上电保护配置及改进措施

2008-12-26 14:59:07 作者：三门核电有限公司 金崇光 来源：赛尔电力自动化 总第72期 温州燃机发电厂220 kv主变C相开关在发变组解列过程中发生爆炸。根据此次爆炸事故分析该厂发变

组保护中配置误上电保护的必要性和可行性，并详细阐述了发电机误上电保护原理和对应的事故危害，分析了发电机误上电保护的动作逻辑。为消除未配置误上电保护存在的严重事故隐患，该厂发电机保护进行了配置误上电保护的改造，并为提高误上电保护的可靠性采取了有针对性的改造措施。 0引言

温州燃机发电厂#2发电机停机解列时发生主变220kV开关C相爆炸事故。经分析，事故原因为220kV开关C相机构故障造成分闸时电弧无法熄灭而引起开关爆炸。开关爆炸后，动触头导电部分通过支持瓷瓶内部对金属传动部件放电，单相接地短路后220kV母线的母差保护动作。

该厂#2主变220kV开关为三相联动开关，当发生非全相事故时，开关机构辅助触点已在分闸位置，发变组保护无法起到保护作用，如果开关不对地击穿放电，母差保护不动作，发电机长期非全相运行将造成设备严重损坏。

为此，本文针对此次事故分析发变组在发生特殊事故情况下的保护：误上电保护，探讨在该厂发变组保护中增加误上电保护配置的必要性和可行性，并介绍该厂误上电保护配置、改造措施及经验，以供存在类似情况的电厂改造时参考和借鉴。

1误上电事故分析及保护逻辑

1。1误上电保护对应的事故原因

所谓误上电是指发电机在不满足并网条件时，机组单相、两相或三相并入系统。它包括以下几点：

机组未加励磁时误合闸。如在发电机转子静止、盘车、启动前暖机（对汽轮机）或转子冲转加速过程中；

发电机并网前或刚从系统断开后，高压断路器或机端出口断路器发生单相或两相闪络；

发电机非同期合闸，包括频率尚未达到允许值时断路器误合及频率已接近额定值时以较大的合闸角并网；

误操作、绝缘不良及控制设备误动作是导致误上电事故的主要原因。 1。2误上电的事故危害

1。2。1未加励磁时的误合闸

在发电机未加励磁时，励磁开关断开，发电机定子三相电流为零，机端电压为零。当高压侧或机端断路器误合闸定子中将流过很大电流，尤其当转子静止时误合闸瞬间，转差为1，发电机等效阻抗最小，定子电流最大。定子电流产生的旋转磁场在转子表面感应出很大的电流，发电机以异步电动机方式拖动机组，机端出现低电压。当发电机由厂用电系统误上电时，由于厂用变压器的阻抗比较大，发电机定子中的电流不大，造成的影响也相对较小。。

发生误合闸后，转子表面的热量迅速积聚。机组容量越大，转子承受过热能力相对越小，所以大型发电机的转子更容易达到热积累极限而损坏。在发电机异步启动过程中，转子大轴上的叶片将产生较大振动，尤其是汽轮机叶片如在自然频率处停留时间过长，机械共振极易导致材料疲劳，严重时叶片或拉金出现断裂。如果发电机轴承的润滑系统退出工作（如在检修时），误合闸还将导致发电机的轴承损坏。

1。2。2断路器断口闪络

误上电保护中的断路器断口闪络保护一般考虑单相和两相闪络，不考虑三相闪络。发电机在启停过程的相当长一段时间里仅靠断路器与系统隔离，断路器断口可能因承受2倍的峰值电压而发生闪络。

发生闪络后，发电机定子中将流过很大的负序电流，产生相对转子约2倍的同步转速旋转磁场，进而在发电机转子表层产生倍频电流，直接威胁转子的安全。闪络时还将产生冲击转矩作用于发电机上。另外，闪络将进一步破坏断路器触头间的绝缘，损坏断路器。

1。2。3发电机非同期合闸

如果合闸瞬间发电机频率已接近或等于系统频率，而断路器两端电压相位差较大，则合闸瞬间将产生很大的合闸电流。在断路器两端电压正好反相（即两端电压相位角差为180°时）且都为峰值时合闸电流最大；在两端电压相位角差为120°时冲击转矩最大。

如果发电机在频率较低时合闸，则发电机与系统间不仅存在较大的频率差，机端电压和系统电压间幅值也有很大差异，角度差合格的可能性也极小。同期合闸的3个条件很可能都不满足，至少也有2个条件不满足，定子中将产生巨大的冲击电流。由于转子转速与同步转速问存在较大差异，定子电流将在转子表面感

应频率差电流，导致转子表面局部温升。如果热积累时间过长，同样也会损坏转子。非同期合闸对发电机组产生的巨大冲击还将缩短发电机的使用寿命，严重时将直接损坏大轴。另外，非同期合闸对系统的冲击也不容忽视。

1。3误上电保护逻辑

1。3。1误合闸保护逻辑。

误上电保护的误合闸逻辑如图1所示（RCS-985保护）：。

图1误上电保护逻辑框图（2。jpg）

（1）发电机盘车时，未加励磁，断路器误合，造成发电机异步起动。采用两组PT均低电压延时t1投入，电压恢复，延时t2（与低频闭锁判据配合）退出。

（2）发电机起停过程中，己加励磁，但频率低于定值，断路器误合。采用低频判据延时如投入，频率判据延时如返回，其时间应保证跳闸过程的完成。

（3）发电机起停过程中，己加励磁，但频率大于定值，断路器误合或非同期。采用断路器位置触点，经控制字可以投退。判据延时如投入（考虑断路器分闸时间），延时红退出其时间应保证跳闸过程的完成。

当发电机非同期合闸时，如果发电机断路器两侧电势相差180°附近，非同期合闸电流太大，跳闸易造成断路器损坏，此时闭锁跳断路器出口，先跳灭磁开关等其他开关，当断路器电流小于定值时再动作于跳出口开关。

误合闸保护同时取发电机机端、中性点电流，为提高可靠性，RCS-985A/B发变组保护装置还取主变高压侧电流大于0。1Ie作为辅助判据。误上电保护Ⅰ段对应“跳其他开关”，即误合闸时，主变高压侧电流大于开关允许电流，闭锁跳闸出口l通道、跳闸出口2通道（跳闸矩阵整定时可与主变高压侧开关或机端开关对应）；此功能只在“经断路器位置闭锁投入”置1时才开放，其跳闸方式与误上电II段跳闸出口相比，不跳跳闸出口1通道、跳闸出口2通道。 1。3。2断路器断口闪络保护逻辑

断路器断口闪络保护逻辑如图2所示（RCS-985保护）：

图2断路器断口闪络保护逻辑框图（3。jpg）

断路器闪络保护取主变高压侧开关电流。判据：

（1）断路器位置接点为断开状态；

（2）负序电流大于整定值；

（3）发电机已加励磁，机端电压大于固定值。

保护动作灭磁及启动断路器失灵。

2误上电保护改造方案

根据上述分析，误上电保护的断口闪络保护对220kv开关存在的机构隐患具有较好的保护作用，增加完善该配置，可以确保在特殊事故状态下的有效保护发变组设备的安全。为进一步提高闪络保护和误合闸保护的可靠性，经与保护装置生产厂家讨论，在保护配置过程中对原保护逻辑下进行了如下改进： 2。1断路器闪络保护改造方案

断路器闪络保护改造方案（原理图见图3）为提高断路器闪络保护可靠性，同时引入220kV断路器动断触点和动合触点。发电机己加励磁，当出现负序电流后，如果断路器处于断开位置，应动作发电机跳灭磁开关，并启动系统失灵保护。电流取自变压器高压侧电流互感器。断路器辅触点为断路器本体辅触点。 图3断路器闪络保护改进方案原理图（3。jpg）

为防止单一继电器接点粘连误启动失灵，在启动失灵回路中串灭磁继电器的触点。同时灭磁继电器需预留跳高厂变低压侧开关的触点。

考虑到母差双重化的要求，启动断路器失灵和解除母差复压继电器各预留一付触点。

负序电流按躲过正常不平衡电流整定。T1按躲过断路器操作整定，取150ms，T2和T3取与T1相同的时间值。

2。2误合闸保护改造方案

误合闸保护改造方案（原理图见图4）通过低频低压元件和断路器辅助触点判断发电机处于盘车或转子静止状态，如机端出现电流则认为是误上电，跳断路器同时启动失灵。电压取自机端电压互感器，电流取自机端电流互感器。发电机停机时投入，并网后退出。断路器辅助触点为断路器本体的辅助动坏和事故范围扩大。近年来国内发电厂发生过多起触点。

图4误上电保护方案逻辑图（4。jpg）

方案中低压元件判断发电机盘车，未合励磁开关的情况，低频元件判断发电机转速未到额定转速已合励磁开关的情况。方案不考虑转速达到额定转速且己合励磁开关时发生非同期合闸的情况，根据运行需要可在保护或同期装置中设置非同期合闸保护功能。误上电出口适当延时，T3取100ms，过流定值取0。5倍额定电流。T为防抖动时间，取50ms，T1和T2整定为1s。低压元件取50～60V（线电压），低频元件取48Hz。

3结束语

大型发电机组在并网时断路器断口闪络和盘车或转子静止时误合闸产生的电流会导致机组设备损类似事故，损失十分惨重。通过配置误上电保护可以消除设备损坏和事故范围扩大的隐患，确保机组设备的安全。