發(fā)電機(jī)復(fù)合電壓啟動(dòng)過電流保護(hù)誤動(dòng)原因

邵 彬,柳海鵬

（烏魯瓦提水力發(fā)電廠,新疆 和田 848000）

烏魯瓦提水電廠位于新疆和田喀拉喀什河上游,距離和田市74 km。電廠安裝4臺(tái)混流式立軸水輪發(fā)電機(jī)組,總裝機(jī)容量為4×15 MW,發(fā)電機(jī)額定電壓10.5 kV。發(fā)電機(jī)與主變采用兩機(jī)一變擴(kuò)大單元接線,主變?nèi)萘繛?×40 000 kVA,原110 kV出線2回,110 kV側(cè)為內(nèi)橋接線,后增加1回出線（烏兵線1925）,110 kV側(cè)接線變?yōu)榉菢?biāo)準(zhǔn)接線（如圖1所示）。

發(fā)電機(jī)保護(hù)主要由縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)、復(fù)壓電壓啟動(dòng)過電流保護(hù)、失磁保護(hù)、過勵(lì)保護(hù)、定子過電壓保護(hù)、過負(fù)荷保護(hù)、轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)、定子單相接地保護(hù)、電壓互感器斷線保護(hù)等構(gòu)成。

1 事故經(jīng)過

2009年5月19日,1～4號(hào)發(fā)電機(jī)10 kV廠區(qū)1線1011、2線1012,110 kV烏和線1929、烏拉線1918、烏兵線1925運(yùn)行,1號(hào)、2號(hào)主變、1號(hào)廠變運(yùn)行,2號(hào)廠變停運(yùn)。13：51,烏拉線1918側(cè)發(fā)生短路故障,引起2號(hào)發(fā)電機(jī)復(fù)合電壓啟動(dòng)過電流Ⅱ段保護(hù)動(dòng)作,導(dǎo)致110 kV烏拉線斷路器1918、110 kV烏兵線斷路器1925、110 kV母聯(lián)斷路器1150、1號(hào)發(fā)電機(jī)出口斷路器01DL、2號(hào)發(fā)電機(jī)出口斷路器02DL、10 kV廠區(qū)1線斷路器1011、1號(hào)廠變101CB跳閘,廠用電消失。

圖1 系統(tǒng)主接線圖

2 發(fā)電機(jī)復(fù)合電壓啟動(dòng)過電流保護(hù)

根據(jù)系統(tǒng)主接線,將復(fù)合電壓啟動(dòng)過電流保護(hù)（復(fù)壓過流保護(hù)）作為主變、廠變和10 kV廠區(qū)線路過電流保護(hù)的后備保護(hù),二次原理如圖2所示。保護(hù)回路由負(fù)序電壓繼電器-KVN1、低電壓繼電器-KV1、電流繼電器（-KA1、-KA2、-KA3）、時(shí)間繼電器-KT1、信號(hào)繼電器-KS2構(gòu)成。裝置動(dòng)作情況如下。

a.當(dāng)發(fā)生不對稱短路時(shí),故障相電流繼電器動(dòng)作,同時(shí)負(fù)序電壓繼電器動(dòng)作,其動(dòng)斷觸點(diǎn)斷開,使低電壓繼電器-KV1失壓,動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合,啟動(dòng)時(shí)間繼電器-KT1。時(shí)間繼電器-KT1非延時(shí)常開觸點(diǎn)閉合,閉鎖記憶電流繼電器觸點(diǎn)回路, -KT1經(jīng)整定延時(shí)啟動(dòng)信號(hào)和跳閘回路,延時(shí)設(shè)為兩段,發(fā)電機(jī)復(fù)壓過流Ⅰ段和發(fā)電機(jī)復(fù)壓過流Ⅱ段。發(fā)電機(jī)復(fù)壓過流Ⅰ段跳母聯(lián)1150開關(guān),復(fù)壓過流Ⅱ段跳主變差動(dòng),將主變兩側(cè)相關(guān)的斷路器全部斷開。

b.當(dāng)發(fā)生對稱短路時(shí),由于短路初始瞬間會(huì)出現(xiàn)短時(shí)負(fù)序電壓,-KVN1動(dòng)作,使-KV1失去電壓。當(dāng)負(fù)序電壓消失后,-KVN1返回,動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合,此時(shí)加于-KV1線圈上的電壓是對稱短路時(shí)的低電壓,只要該電壓小于低電壓繼電器返回電壓,-KV1不返回,-KV1動(dòng)斷觸點(diǎn)閉合,電流繼電器動(dòng)作,啟動(dòng)時(shí)間繼電器-KT1。其他動(dòng)作原理與不對稱短路時(shí)相同。

因此,復(fù)壓過流保護(hù)在發(fā)生對稱短路和不對稱短路時(shí)都有較高的靈敏度。

3 誤動(dòng)原因

3.1 保護(hù)記錄

圖2 二次原理展開圖

表1 元件校驗(yàn)結(jié)果

保護(hù)動(dòng)作整定二次值：負(fù)序電壓為7 V,低電壓為80 V,過電流為4.8 A,TA變比為1 500/5 （A）,TV變比為10.5/0.1（kV）;動(dòng)作時(shí)限過流Ⅰ段3.1 s、過流Ⅱ段3.4 s。

發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作后,烏拉線1918線路保護(hù)打印信息顯示距離保護(hù)啟動(dòng),距離電廠247.8 km,而本線路保護(hù)范圍為65.8 km,超出保護(hù)范圍,為區(qū)外故障,未跳閘,但該線路下一級(jí)線路BC相短路,該級(jí)保護(hù)已在故障發(fā)生0.5 s內(nèi)切除故障。

3.2 誤動(dòng)原因

根據(jù)保護(hù)配置原則,當(dāng)外部發(fā)生短路時(shí),如果故障點(diǎn)附近保護(hù)無法切除,就應(yīng)1918烏拉線后備保護(hù)相間距離Ⅲ段動(dòng)作（保護(hù)范圍為268 km）,而不應(yīng)是發(fā)電機(jī)后備保護(hù)動(dòng)作（過流Ⅰ段時(shí)間為3.1 s）。故障時(shí)間只持續(xù)了0.5 s,故1918相間距離Ⅲ段時(shí)間整定值為2.2 s,裝置雖然啟動(dòng),但時(shí)間未滿足跳閘要求而返回。因此,發(fā)電機(jī)復(fù)壓過流保護(hù)動(dòng)作為越級(jí)跳閘。

對2號(hào)保護(hù)裝置過流保護(hù)元件進(jìn)行校驗(yàn),校驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由表1可以看出,電流繼電器、時(shí)間繼電器、低電壓繼電器動(dòng)作值與整定值相符,電流繼電器和電壓繼電器返回系數(shù)滿足要求,但負(fù)序電壓繼電器定值與實(shí)際值有偏差。檢驗(yàn)負(fù)序電壓繼電器動(dòng)作整定值（采用模擬相間短路檢驗(yàn)方法）,接線如圖3所示。

負(fù)序電壓繼電器在電力系統(tǒng)中能反映出三相不對稱電壓的負(fù)序電壓分量,可以采用模擬相間短路檢驗(yàn)方法對負(fù)序電壓繼電器進(jìn)行電氣性能檢驗(yàn),利用對稱分量法將三相不對稱相量分解成三組對稱分量（正序分量、負(fù)序分量和零序分量）。檢驗(yàn)時(shí)將被試裝置輸入端任意兩相短接,模擬相間短路,然后與非短接極之間施加單相電壓。在負(fù)序電壓繼電器中有負(fù)序電壓分量,施加的檢驗(yàn)電壓與負(fù)序電壓的關(guān)系：動(dòng)作電壓=3×負(fù)序動(dòng)作電壓。而檢驗(yàn)時(shí)認(rèn)為負(fù)序動(dòng)作電壓=動(dòng)作電壓,因此,檢驗(yàn)時(shí)認(rèn)為負(fù)序動(dòng)作電壓為7 V,實(shí)際為7/3=4 V,導(dǎo)致負(fù)序電壓整定值低于保護(hù)定值。隨后對保護(hù)回路進(jìn)行檢驗(yàn),現(xiàn)場跳閘邏輯符合規(guī)程要求。

圖3 模擬相間短路負(fù)序動(dòng)作電壓檢驗(yàn)接線圖

當(dāng)1918線路外部發(fā)生短路時(shí),發(fā)電機(jī)出口存在負(fù)序電壓,由于負(fù)序繼電器大于整定值（4.6 V）而啟動(dòng),導(dǎo)致低電壓繼電器-KV1失電閉合,同時(shí)引起電流繼電器KA2、KA3和時(shí)間繼電器-KT1動(dòng)作,并使電流繼電器記憶。雖然故障點(diǎn)附近保護(hù)裝置在0.5 s內(nèi)切除故障,電流繼電器返回,但由于電流記憶回路的存在及負(fù)序繼電器不能正確反映系統(tǒng)負(fù)序電壓,復(fù)壓過流保護(hù)一直無法返回,導(dǎo)致時(shí)間繼電器KT1的2個(gè)時(shí)間t1、t2滿足跳閘定值而越級(jí)跳閘。

4 處理措施

a.核對負(fù)序電壓繼電器整定值

按圖3接線對負(fù)序電壓繼電器進(jìn)行檢驗(yàn),使其動(dòng)作電壓為7 V×3=12.124 V,保證保護(hù)動(dòng)作正確。

b.改變發(fā)電機(jī)復(fù)壓過流保護(hù)出口跳閘方式

圖4 改造后二次原理展開圖

由圖1主接線可以看出,發(fā)電機(jī)復(fù)壓過流Ⅱ段跳閘將導(dǎo)致110 kV烏拉線斷路器1918、烏兵線斷路器1925、母聯(lián)斷路器1150、1號(hào)發(fā)電機(jī)出口斷路器01DL、2號(hào)發(fā)電機(jī)出口斷路器02DL、10 kV廠區(qū)1線斷路器1011、1號(hào)廠變101CB 7個(gè)斷路器跳閘,跳閘范圍大,導(dǎo)致廠用電消失,直接危及設(shè)備安全,需改變跳閘方式。

復(fù)壓過流Ⅱ段由原來的跳主變差動(dòng)改為跳發(fā)電機(jī)本側(cè)（發(fā)電機(jī)斷路器）。如圖4所示,復(fù)壓過流Ⅰ段跳閘邏輯仍然動(dòng)作于母聯(lián)斷路器1150,以縮小故障范圍。

當(dāng)發(fā)電機(jī)外部發(fā)生短路故障時(shí),若在復(fù)壓過流時(shí)限內(nèi)故障仍未切除,發(fā)電機(jī)斷路器動(dòng)作,切斷流向短路點(diǎn)的短路電流。當(dāng)某一臺(tái)機(jī)組復(fù)壓過流保護(hù)誤動(dòng)時(shí),只切除自身,不會(huì)使停電范圍擴(kuò)大,從而提高了保護(hù)動(dòng)作的選擇性。

c.拆除電流記憶回路

復(fù)壓過流保護(hù)作為發(fā)電機(jī)近后備保護(hù)時(shí),自并勵(lì)發(fā)電機(jī)由于發(fā)電機(jī)的端部發(fā)生三相短路,電流衰減很快,故障電流在過流元件動(dòng)作出口前就可能已經(jīng)返回,而此時(shí)故障可能還存在,保護(hù)拒動(dòng),失去了后備保護(hù)的作用。因此,在復(fù)合電壓過流保護(hù)啟動(dòng)后,過流元件需帶記憶功能,使保護(hù)能可靠動(dòng)作出口。而復(fù)壓過流保護(hù)作為主變及其他相鄰設(shè)備的遠(yuǎn)后備保護(hù),按照要求不應(yīng)設(shè)置電流記憶回路,在此次短路故障中,如沒有記憶回路,故障將被切除,即便負(fù)序電壓繼電器-KVN1沒有復(fù)歸,電流繼電器-KA 2、-KA 3復(fù)歸,之前啟動(dòng)的時(shí)間繼電器也會(huì)返回,避免跳閘事故發(fā)生。因此,需要拆除復(fù)壓過流保護(hù)的電流記憶回路（見圖4）,低電壓繼電器動(dòng)斷觸點(diǎn)-KV 1與電流繼電器-KA1、-KA2、KA3的動(dòng)合觸點(diǎn)并聯(lián),再與時(shí)間繼電器-KT動(dòng)作線圈串聯(lián)。

5 結(jié)束語

此次誤跳閘的主要原因是對負(fù)序電壓繼電器的檢驗(yàn)方法認(rèn)識(shí)不夠,導(dǎo)致定值整定偏低,從而引發(fā)發(fā)電機(jī)復(fù)合電壓啟動(dòng)過電流保護(hù)越級(jí)跳閘。經(jīng)過重新核對矯正,并對相關(guān)回路進(jìn)行改造,從根本上提高了保護(hù)動(dòng)作的可靠性和選擇性。經(jīng)1年多運(yùn)行實(shí)踐證明,運(yùn)行正常、動(dòng)作可靠。隨著微機(jī)保護(hù)技術(shù)的不斷發(fā)展,微機(jī)保護(hù)在事故追憶、可靠性、正確性等方面有著常規(guī)保護(hù)不可比擬的優(yōu)勢,常規(guī)繼電器型保護(hù)裝置已無法滿足電網(wǎng)發(fā)展的需要,因此,只有徹底將常規(guī)型保護(hù)微機(jī)化才是保證保護(hù)動(dòng)作可靠的最佳措施。

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