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摘  要：近些年来，在发电机停机或启机过程中，在未满足同期条件时发电机的出口断路器误合闸，从而造成发电机的损伤，为了避免类似的问题，会在发电机组配备相应的上电保护措施，基于此，本文着重对发电机误上电保护配置进行分析，分析误上电事故以及保护逻辑，对发电机误上电保护逻辑提出改进策略，以及发电机误上电保护改进措施，进一步减少因误上电而引发的事故，提高误上电保护配置的运用。

关键词：发电机;误上电;保护配置

当发电机在运行过程中处于盘车状态时，假设发电机的出口断路器误合，那么系统的三相工频电压就会突然在机端增加。转子与定子绕组之间的滑差会增大，从而转子本体中会产生一定的差频电流致使转子被烧伤，为规避类似的危险，通常会在大型发电机组中设置专门的误上电保护措施。某电厂的1号2号发电机组通常由发电机出口断路器实现并网，在发电机启动并网之前，会利用500KV联合开关站给主变和高压厂变倒送点。倘若发电机出口断路器没有进行隔离刀闸设置，那么会在主变倒送电、发电机未并网的很长一段时间内，只能有一个断口，从而存在发生误合闸的可能。因此，必须要加强对发电机组进行改进，从而确保发电机误上电保护逻辑的有效性和可靠性。

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

误上电指的是当发电机在不满足并网条件时，将机组单相、两相或是三相并入到系统中。其中包含以下几种情况：①当机组没有加励磁时发生误合闸。比如发电机处于静止状态，盘车、或是在转子冲转加速过程中，在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产生单相或两相闪络的情况。②发电机并不是同期合闸，它包括当频率没有达到允许值时，合闸角并网的断路器误合和频率已经接近较大额定值。因此导致误上电事故产生的主要因素是由于误操作或是绝缘不良及控制设备产生的误动作。

1.2误上电的事故危害

1.2.1未加励磁时的误合闸

当发电机处于未加励磁状态时，励磁开关是断开的，此时的发电机定子三相电流值是0，机端电压值是0。若高压侧或机端断路器误合闸定子有较强的电流时，当转子静止时误合闸会瞬间转差为1，此时发电机的等效阻抗力最小、定子电流最大。定子电流产生的旋转磁场中，转子表面会感应出较强的电流，发电机会采用异步电动机的方式来拖动机组，此时机端会出现低电压。当发电机由厂用电系统误上电时，因厂用变压器有较大的阻抗，因此发电机定子中的电流很小，会产生轻微的影响。

当发生误合闸后转子表面会迅速积聚大量的热量，机组的容量越大，转子承受的过热能力就越小，大型发电机的转子会更容易达到热积累极限。在发电机的异步启动过程中，转子轴上的叶片也会产生较大的振动，机械共振会产生材料疲劳的情况，严重时叶片还有可能出现断裂。倘若在检修发电机时轴承的润滑系统退出工作，误合闸也会造成发电机的轴承受到损坏。

1.2.2断路器断口闪络

断路器断口闪络在进行误上电保护过程中，，通常会使用单相和两相闪络。发电机在启停过程中只能靠断路器与系统进行隔离，因此断路器断口可能会承受2倍的峰值电压，而发生闪络时发电机定子中会流过很大的负序电流，产生相对转子约两倍的同步转速旋转磁场，在发电机转子表层产生倍频电流，对转子的安全性构成威胁。闪络时还会在发电机上产生冲击转矩，对断路器触头间的绝缘产生破坏，使断路器受到损坏。

1.2.3发电机非同期合闸

倘若发电机频率已接近或等于系统频率，而断路器两端电压又较大的相位差，合闸会瞬间产生较强的合闸电流。当断路器两端电压正好反相且都是最大值时，合闸的电流会达到最大;当两端电压相位角差为120度时，冲击转矩达到最大值。

倘若在频率较低时进行发电机的合闸，不但会产生较大的频率差，在机端电压和系统电压间幅值之间也会产生较大差异，会大大降低角度差合格的可能性。因转子转速与同步转速之间的差异较大，定子电流会在转子表面感应频率差电流，使转子表面的局部温度升高。如果热积累时间过长，转子也会受到损坏。非同期合闸对发电机组产生的巨大冲击，会降低发电机的使用寿命，严重时还会直接损坏大轴。

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：

（1）如果发电机在盘车时，没有加励磁，会造成断路器误合，从而发电机异步起动。采用两组PT都是低电压延时投入t1，电压恢复，延时t2退出。

（2）发电机在起停过程中，如果加励磁，但频率比定值低，造成断路器误合。采用低频判据延时t3投入，频率判据延时t4返回，其时间应确保能完成跳闸过程。

（3）发电机起停过程中，已经加励磁，但频率比定值高，断路器处于误合或非同期。采用断路器位置触点，经过控制字可以实现投退。考虑断路器分闸时间，判据延时t3投入，延时t4退出，其时间应确保能够完成跳闸过程。当发电机处于非同期合闸状态时，如果发电机断路器的两侧电势相差180度，那么非同期合闸的电流太大，跳闸容易致使断路器受到损坏，而此刻闭锁跳断路器出口，应当先跳灭磁开关等其他开关。当断路器电流比定值低时再跳出口开关。保护误合闸的同时，取发电机机端和中性点电流，从而进一步提高可靠性，RCS-985A/B发变组保护装置还将主变高压侧电流大于0.1Ie作为辅助判断的依据。误上电保护I段对应“跳其他开关”，当出现误合闸时，主变高压侧电流会大于开关并允许流入电流，闭锁跳闸出口通道1、跳闸出口通道2;此功能只在“经断路器位置闭锁投入”置1时才开放，相比误上电II段跳闸出口，不选择跳闸出口通道1、跳闸出口通道2。

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）：

断路器闪络保护取主变高压侧开关电流。依据如下：

（1）断路器的位置接点的状态呈断开;

（2）负序电流比整定值要高;

（3）发电机已经加励磁，机端电压比固定值大。保护动作灭磁和启动断路器失去效用。

2.发电机误上电保护逻辑改进策略

2.1机组不加励磁误合闸

如果发电机组不施加励磁信号，发电机定子通过的电流将变为零，定子两端的电压也会为零。此时如果发电机组的出口断路器因为误合闸信号而产生的一系列动作，会加大定子通过的电流，当发电机组定子停转时出现误合闸，这在一定程度上会降低发电机组的阻抗力，定子电流达到最大化，会烧坏发电机的定子部分。机组不加励磁误合闸也会使定子部分的电流增大，产生较大的旋转磁场，转子部分在旋转磁场的作用下会运转加速，会因为润滑油的油压低致使发电机组的轴瓦部分受到损坏。

2.2无励磁非同期合闸

当发电机组转子部分速度达到额定转速后，且没有闭合发电机组的励磁开关，如果出口断路器的误合闸是无励磁非同期合闸，会降低发电机输出的有用功率，为弥补损失的功率，发电机组会从电网中吸收大量的无功功率，会使电网的无功功率下降，不利于电网的安全运行。

2.3发电机非同期并网

倘若发电机组不能满足所有的合闸条件，就容易产生非同期并网。在不同期磁场的作用下，并网定子中会产生巨大的感应电流，在转子转速与同步转速之间也会产生较大的转速差，在发电机组转子上产生感应频率差电流，进一步升高转子表面的温度。倘若温度无法得到有效的散失会造成转子的热损伤。在冲击电流的作用下也会有较大的冲击力，使轴系扭振运动以及机械部分受到一定程度的疲劳磨损，使电机组的使用寿命降低。

3.发电机误上电保护改进措施

3.1重新整定发电机定子绕组过电流元件定值

在发电机组进行瞬时增压过程中，其电抗接近额定电抗值Xd，且在发电机组启动过程中电抗值依旧能保持恒定不变;考虑到升压变压器的电抗Xb以及发电机组的电抗Xs，倘若Xs在装置上保持较小值时，那么通过发电机定子绕组的电流会是额定电流的3到4倍;在非同期合闸阶段，发电机组的冲击电流也会比额定电流多很多。因此定子电流元件能根据公式进行计算，Krel的取值需要高于发电机组的额定电流。

3.1.1增加可靠的辅助判据

在发电机组运行过程中，正常情况下误上电保护逻辑不会产生作用，在遇到误上电情况时才会对发电机采取相应的保护措施。因此为了误上电能够受到准确的保护，可以将励磁开关的常闭触点用于误上电保护开关的开闭辅助，这样不仅能够降低发电机组在正常运行过程中两组PT同时断线时产生误动风险，也能提高误上电保护的准确性和有效性。

3.1.2增加滤波装置

为了规避发电机组误上电保护系统受到电流扰动而产生的误启动问题，技术人员应当在回路中增设一定的滤波装置，科学的降低谐波扰动因其的误上电情况，逐步提高误上电保护系统运行。此外也要对投退方式进行进一步的优化和保护，避免发生误动的情况。通常情况下，在发电机组正常运行过程中，发电机组误上电保护系统会处于休眠状态，因此可以采取此方法对发电机进行保护。在发电机组机组并网后，现场操作人员需要及时退出跳闸压板，等待机组停运后再进行投入。

3.2误合闸保护改造方案

误合闸保护改造方案通过低频低压元件和断路器辅助触点对发电机是否处于盘车或转子静止状态进行准确的判断，如果是机端出现电流，那么就认为是误上电，并且跳断路器的启动会失效。电压来源于机端电压互感器，而电流来源于机端电流互感器。当发电机处于停机状态时投入，并在并网后退出。断路器本体的辅助动断触点就是断路器的辅助触点。

方案中以低压元件来判断发电机盘车，在没有合励磁开关的情况下，低频元件判断发电机转速没有达到额定转速。该方案不考虑转速达到额定转速且已合励磁开关时，发生非同期合闸的情况。因此可以在保护或同期装置中，根据发动机运行的需要对非同期合闸保护功能加以设置。当误上电出口适当延时，T3取100ms，过流定值取0.5倍的额定电流。T防抖动时间是T，取50ms，T1和T2整定为1s。低压元件取50～60V，低频元件取48Hz。

结论

由此可见，很多情况下发电机组的误上电会严重影响发电机组的正常运行，大型发电机组在并网时断路器断口闪络和盘车等情况，误合闸产生的电流会使机组设备受到损坏。为了避免类似的问题，目前很多大型机组都配备了专门的误上电保护装置。为进一步提升误上电保护的效果，需要根据实际情况进行不断的优化和改进，从而促进发电机组实现更好的运行。

参考文献

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