关于某平台接地保护跳闸逻辑的设计

关于某平台接地保护跳闸逻辑的设计

刘为玉陈雨强姚长龙

（中海油能源发展装备技术有限公司天津市滨海新区300452）

摘要：该文以某海洋石油平台的电网为背景，依据设计要求对综保装置VAMP255进行逻辑编程设计，阐述相关逻辑实现的思路以及如何通过继保测试仪验证该逻辑动作的正确性。根据安全生产的需要，针对平台电网结构提出发电机投切的合理化建议。以此文抛砖引玉，为电气专业人员在遇到该种保护逻辑设计时提供一种借鉴。

关键词：石油平台；VAMP255；逻辑设计；接地电阻柜

1、引言

海洋石油平台电网是一个独立的、不接地小型供配电网络，所带的负载越大，配出电缆越多，则系统中电容电流就会快速增加。中性点不接地系统在发生单相接地故障时非故障相电压会升高，对发电机绝缘造成危害[1]。为了保证系统发生单相接地时对发电机不产生影响，设计在发电机所处的中压母线段增加中性点接地电阻柜，通过综保装置相关逻辑触发功能快速切除接地故障段，保障平台电网稳定运行。

2、接地保护的设计要求

2.1平台的电网结构

图一平台电网单线图

该平台电网结构如图一所示，共有三台发电机组，两段母线通过母联开关连接。依据设计要求，两段发电机母线分别安装一套中性点接地电阻柜。根据现场对接地点的设置，VCU109控制的接地电阻柜NGR001和VCU110控制的接地电阻柜NGR002，电网正常运行时只允许一点接地，两组接地电阻柜任何时候只有一台接地电阻柜处于投用状态。

2.2接地保护的要求

根据设计要求，两台接地电阻柜的保护由过流保护和接地保护两种功能组成。其中，过流保护主要是当接地电阻柜内的变压器发生短路故障时起保护作用，而接地保护则主要是监测母线供电系统发生单相接地故障时能迅速跳开接地段的发电机组，从而维护系统的稳定运行。本文着重对其接地保护功能的相关逻辑实现方式和功能验证进行详细论述。设计定值单如下表1所示：

表1保护定值单

为了保证发电机母线段发生单相接地故障时，综保能够相应的方式通过快速识别接地故障的母线段并及时切除故障段。保护的合理设计与选型是保证电网安全稳定运行的基础，而保护定值的正确与否决定着保护装置能否有效发挥作用[2]。设计方给出的接地保护动作的逻辑如下：

假设NGR001接地，则在t=0.5s时跳开母联开关VCB104；若接地电流依然存在，则在t=1s时跳开发电机Ga控制开关VCB101；若接地电流消失，则跳开发电机Gb、Gc控制开关VCB102、VCB103；

假设NGR002接地，则在t=0.5s时跳开母联开关VCB104；若接地电流依然存在，则在t=1s时跳开发电机Gb、Gc控制开关VCB102、VCB103；若接地电流消失，则跳开发电机Ga控制开关VCB101。

3、接地保护的实现

该平台接地电阻柜配备的综保为芬兰VAMP公司生产的VAMP255系列馈线保护装置，该装置具有过流、接地、电压保护等功能，保护装置配备的调试软件能够对装置进行灵活的图形化编程[1]，能够轻松地实现本次的相关逻辑设计要求。

图二输出矩阵

图三逻辑图

根据设计要求，投运的接地电阻柜所在综保发生接地保护一段动作时要触发母联开关跳闸，发生接地保护二段动作时要触发本段所有发电机开关跳闸；当接地保护一段动作后接地电流消失时，要触发对侧发电机开关跳闸。接地保护一段和二段的动作出口直接在“输出矩阵”中选中保护代号与动作出口代号对应的交叉点即可，如图二所示（A和T分别对应不同的跳闸出口）。涉及到跳对侧发电机开关的功能实现，就需要通过逻辑编程实现。该逻辑实现的一个重要判据就是接地电流消失的判断，逻辑图如图三所示。

逻辑图采用了两个重要的逻辑元件，一个是RS触发器，一个是与门。RS触发器的功能就是复位优先，当“SET”和“RESET”信号输入端同时为1时，输出复位信号；当“SET”端输入为1，“RESET”端输入为0时，输出置位信号[3]。逻辑图还使用了虚拟输出信号VO1，该信号可以理解为一个中间继电器，是否关联动作出口，可在输出矩阵中设置。该虚拟输出信号在本逻辑图中只起传递作用，用于将“逻辑输出1”关联到“与门”元件上。逻辑图的解释如下：

接地保护一段“I0>跳闸”信号出现，通过RS元件将“逻辑输出1”置位为1，同时母联开关跳闸；

如果接地电流信号消失，则“I0>启动”信号就变为0，取非后与“逻辑输出1”相与，触发“逻辑输出2”动作，关联触发动作出口A1输出跳闸信号；

接着，“逻辑输出2”同步触发RS触发器，输出复位信号，将“逻辑输出1”信号复位；

如果母联开关跳闸后，接地电流信号未消失，“I0>启动”信号就一直为1，其取非后将一直闭锁“逻辑输出2”信号的输出，延时达到1s后，“I0>>跳闸”信号出现，将“逻辑输出1”信号复位；

4、接地保护的校验

保护定值和逻辑都按设计要求灌装到综保装置中，下一步就是采用校验仪器测试保护装置是否能按照要求可靠动作。本文仅重点对接地保护的逻辑功能校验方法进行详述，校验仪器采用MD2000继保测试仪。接地保护逻辑功能的校验主要分三步：

4.1、跳母联功能测试

采用MD2000继保测试仪通过保护装置的接地电流采样端子给定0.1A的电流，设定T2为跳闸出口，则经过0.5s后T2应该可靠动作。

4.2、跳本侧发电机的功能测试

采用MD2000继保测试仪通过保护装置的接地电流采样端子给定0.1A的电流，设定T4为跳闸出口，则经过1.0s后T4应该可靠动作。

4.3、跳对侧发电机的功能测试

采用MD2000继保测试仪通过保护装置的接地电流采样端子给定0.1A的电流，设定A1为跳闸出口。设定故障前的电流为0.1A，故障前持续时间为0.6s（比接地保护一段的动作时间稍微大点，保证一段可靠动作又不满足二段动作条件即可），故障时的电流为0A，故障持续时间为5s。以上设置，可实现接地故障电流在0.5s后消失的功能。如此，则保护装置在0.5s后应使A1可靠动作。

5、结论

本文依据设计要求对VAMP255进行零序保护的相关逻辑编程和验证，通过继保测试仪的各项验证，零序保护逻辑动作可靠、功能正常，符合设计方给出的要求。鉴于平台安全生产的需要，避免只有某一段有机组且该段存在接地时发生平台失电的风险，建议平台在投切机组时尽量确保两段母线均有机组运行。最终，接地保护系统顺利投入运行。

参考文献：

[1]白骜天．AP1000核电站发电机接地方式的选择及容量计算[J]．中国高新技术企业（中旬刊），2015（5）：145-146，147．

[2]沈倩．济南电网各电压等级保护优化配置及整定计算研究[D]．山东：山东大学，2014．

[3]康华光等．电子技术基础（数字部分第四版）[M]．北京：高等教育出版社，2004．

作者简介：刘为玉（1983-），男，学士学位，中级工程师。研究方向：电力系统。