發(fā)電機記憶過流保護動作分析

兀鵬越，侯瑞，楊奎剛，王小輝，韓煒煒

(1.西安熱工研究院有限公司，西安市，710043;2.華能銅川電廠，陜西省銅川市，727100;3.南瑞繼保電氣有限公司，南京市，211100)

0 引言

常見的自并勵接線發(fā)電機的后備過流保護一般設置有電流記憶功能。這是因為當短路點靠近發(fā)電機機端時，發(fā)電機電壓下降，導致勵磁電流減小，進一步導致發(fā)電機電壓下降，使得短路電流衰減變小，故障電流在過流保護動作出口前可能已小于過流定值，過流保護提前返回導致保護拒動。因此，過流保護啟動后，過流元件需帶記憶功能，使保護能可靠動作出口。

這種邏輯有效解決了自并勵發(fā)電機靠近機端短路后故障電流衰減導致保護無法動作的問題。但是，當機組斷路器內(nèi)側(cè)故障，如主變高壓側(cè)接地或短路，當主保護動作跳閘后，故障點仍然存在，發(fā)電機仍然向故障點提供電流。這時候，由于電流記憶功能的存在，在主保護已經(jīng)動作的情況下，過流保護依然會動作。如果過流保護出口方式整定不合理，就有可能擴大事故范圍。

國家電力調(diào)度通信中心《國家電網(wǎng)公司系統(tǒng)繼電保護近年來典型故障通報》(調(diào)繼［2009］239號文件)中的陜西銅川電廠“12.06”事故即屬于這種類型。本文通過對此次事故過程的詳細分析，明確了發(fā)電機記憶過流保護的出口方式，并對發(fā)電機變壓器組的后備保護配置問題進行了探討。

1 系統(tǒng)介紹

1.1 銅川電廠主系統(tǒng)

華能銅川電廠一期1號600 MW亞臨界空冷機組，發(fā)電機-變壓器組單元接線接入升壓站330 kV配電裝置，升壓站采用雙母線接線，一期兩回線路至池陽330 kV變電所。系統(tǒng)主接線見圖1。

圖1 銅川電廠1號機組主接線Fig.1 Main connection of No.1 unit in Tongchuan power plant

1.2 發(fā)電機后備保護配置及整定

(1)保護配置。銅川1號發(fā)電機變壓器組保護采用南京南瑞繼保公司的RCS-985發(fā)變組保護裝置，雙重化配置。按照傳統(tǒng)發(fā)電機變壓器組保護配置，設復合電壓記憶過流保護作為發(fā)電機、變壓器、高壓母線和相鄰線路故障的后備，在主保護或斷路器拒動的情況下第1時限t1動作于跳母聯(lián)斷路器，第2時限t2動作于跳本斷路器。其邏輯見圖2。

圖2 復壓過流保護邏輯Fig.2 Logic diagram of compound voltage over-current protection

(2)定值整定。發(fā)電機復壓過流保護I段動作電流Iop按躲過發(fā)電機額定電流整定，整定值為5.07 A。復壓過流保護I段時間t1按與330 kV線路相間后備保護最長時間tlmax配合(或躲過系統(tǒng)振蕩延時)，整定t1=tlmax+0.5 s=1.7 s。過流保護I段經(jīng)發(fā)電機復合電壓閉鎖投入，低電壓定值60 V，負序電壓定值5 V，帶電流記憶功能。

2 事故經(jīng)過

2008年12月6日，銅川電廠在進行1號機組空冷島水沖洗作業(yè)時，水從空冷島下落到1號主變高壓側(cè)B相避雷器上并結(jié)冰，引起1號主變避雷器對地發(fā)生短路。在14:42時刻，1號發(fā)變組保護A、B柜“主變差動速斷”保護動作，跳開主變高壓側(cè)3301斷路器，關閉1號機組主汽門，跳開滅磁開關，啟動廠用電切換。約1.7 s后，1號發(fā)變組保護A、B柜“發(fā)電機過流I段”動作，在1號主變高壓側(cè)3301斷路器已斷開的情況下，跳高壓側(cè)母聯(lián)開關3300。事故經(jīng)過記錄見表1，保護動作值見表2。

事故的故障錄波見圖3。

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3 事故分析及處理

3.1 事故分析

從圖3(a)、(b)可以看出，變壓器B相對地短路后，主變高壓側(cè)B相電壓消失，B相電流增大。在圖3(c)、(d)中，由于主變是Y，D11接線，發(fā)電機 A、B 相流過短路電流。由表2看出，主變B、C相差流達到12Ie，而主變差動速斷定值為5Ie，因此主變差動速斷立即正確動作，跳開主變高壓側(cè)斷路器3301，將故障點與系統(tǒng)隔離。

圖3 故障錄波Fig.3 Fault data recording

主變差動速斷動作后，跳開主變高壓側(cè)開關及滅磁開關，非故障相電流立即消失，由圖3(b)、(d)中可以看出主變高壓側(cè)A、C相電流變?yōu)?，發(fā)電機C相電流變?yōu)?。此時，滅磁開關也已經(jīng)分開，勵磁變已不再向轉(zhuǎn)子提供勵磁電流，但此時轉(zhuǎn)子電流并不是立即變?yōu)?，而是經(jīng)勵磁系統(tǒng)轉(zhuǎn)子側(cè)非線性滅磁電阻回路導通，轉(zhuǎn)子內(nèi)存儲的能量被滅磁電阻逐漸消耗，轉(zhuǎn)子電流按指數(shù)規(guī)律下降，發(fā)電機電壓也按相同規(guī)律逐漸下降，則故障電流也按此規(guī)律逐漸衰減。

當滅磁開關斷開時，由表2中的發(fā)電機電壓可以計算出該時刻負序電壓為5.7 V，大于復合電壓負序電壓整定值5 V;同時，短路電流也大于過流I段定值Iop，滿足圖1中的復壓過流保護I段邏輯條件，保護延時t1啟動。由于發(fā)電機電壓的持續(xù)存在，發(fā)電機持續(xù)向故障點提供短路電流，當t1經(jīng)過1.7 s延時后，發(fā)電機A、B相電流已衰減到0.45 A，此電流值雖然已經(jīng)遠小于過流I段定值5.07 A，但仍大于復壓過流保護的有流判據(jù)(約為0.1Ie)，過流I段保護仍然能夠動作，跳開3300母聯(lián)斷路器，使事故范圍擴大。

由于母聯(lián)斷開改變了330 kV系統(tǒng)運行方式，西北網(wǎng)調(diào)將這次事故定性為誤動作。

3.2 解決方案

(1)修改保護邏輯。由圖1可知，此次記憶過流保護動作行為完全符合廠家復壓記憶過流保護邏輯，應該屬于正確動作。顯然，原邏輯主要是防止自并勵機組靠近機端發(fā)生短路時，故障電流會衰減，導致過流保護無法動作的問題，并沒有考慮到故障點發(fā)生在開關內(nèi)側(cè)，當機組開關跳開后，仍然有故障電流存在的這種特殊情況。因此，由廠家修改了保護程序，在發(fā)電機過流I段保護中加入經(jīng)發(fā)變組并網(wǎng)狀態(tài)閉鎖的邏輯，對應于銅川電廠雙母線接線和無機端斷路器的情況，即經(jīng)主變高壓側(cè)開關位置閉鎖。當發(fā)變組主保護動作，斷路器跳開后，發(fā)電機記憶過流保護將不再動作。修改后邏輯見圖4。

圖4 修改后的復壓過流保護邏輯圖Fig.4 Logic diagram of modified compound voltage over-current protection

(2)修改定值，取消發(fā)電機記憶過流保護跳母聯(lián)方式。發(fā)電機記憶過流保護動作對跳母聯(lián)斷路器的作用在于發(fā)生線路出線故障或者母線故障時，在線路和母線保護拒動的情況下，由記憶過流保護作為后備保護動作，縮小故障范圍。實際上由于目前220 kV及以上的線路和母線都配置了雙重化快速主保護，當單母線故障時，雙重化的母差保護完全可以在第1時限由單母線小差動作，實現(xiàn)故障隔離，母線保護不要求用發(fā)電機記憶過流保護做后備。即使必須使用系統(tǒng)遠后備保護，也應該采用不帶電流記憶功能的主變相間后備保護?！段鞅彪娏ο到y(tǒng)并網(wǎng)電廠繼電保護反事故措施要點(西電調(diào)字［2010］71號)》規(guī)定:發(fā)電機帶記憶功能的復壓過流保護應取消跳母聯(lián)功能，由變壓器后備保護實現(xiàn)跳母聯(lián)功能。

綜合考慮，原定值中發(fā)電機記憶過流Ⅰ段作為系統(tǒng)遠后備保護跳母聯(lián)的出口方式利少弊多，改為機組解列滅磁或全停。

4 發(fā)電機配置后備保護的討論

DL/T 684—1999《大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導則》規(guī)定:大機組本身已經(jīng)配備雙重或者多重主保護。盡管如此，大機組裝設簡化的后備保護仍是必要的［1］。

從近年現(xiàn)場的情況來看，發(fā)電機阻抗保護已基本不用，較為簡單的復壓過流保護仍普遍配置，但在使用中仍有不少問題。例如，文獻［2］介紹了一次發(fā)電機記憶過流保護誤動跳母聯(lián)的案例，而文獻［3］還提出低壓記憶過流應第1時限跳母聯(lián)或采用分段的出口方式。因此，應根據(jù)當前繼電保護的發(fā)展對發(fā)電機配置后備保護的意義做進一步探討。

按照繼電保護配置原則，中、小型發(fā)電機、變壓器只裝設1套主保護，當主保護或有關斷路器拒動時，應為被保護設備或相鄰元件提供后備保護。對于目前的大機組，對于任一內(nèi)部故障，具有2套或以上的主保護靈敏動作，即雙重化主保護配置，因此從近后備保護來說，大型發(fā)電機變壓器組已經(jīng)無需裝設。220 kV以上線路及母線因裝設雙重主保護，所以線路及母線未要求發(fā)電機變壓器組提供遠后備保護［4］。而目前220 kV以上斷路器均配備專門的斷路器失靈保護，在斷路器拒動時跳開相鄰斷路器，因此也不需要發(fā)電機后備保護承擔此功能，故不必用發(fā)電機相間后備保護作為系統(tǒng)的遠后備保護。建議進一步簡化發(fā)電機的后備保護，逐步取消發(fā)電機后備保護［5-6］。

5 結(jié)論

(1)鑒于目前發(fā)變組保護和220 kV以上母線保護均已實現(xiàn)雙重化主保護，可考慮不再設置后備保護。

(2)如果要設置后備保護，應著重考慮防止其誤動，其原理應盡量簡單，保護出口范圍應盡可能小。

(3)發(fā)電機記憶過流保護不宜作為系統(tǒng)遠后備保護，可作為發(fā)電機變壓器組后備保護，出口應只跳本機組相關斷路器。

［1］國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會.DL/T 684—1999大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導則［S］.北京:中國電力出版社，1999.

［2］熊華強，李升健，王治.由一次復壓過流保護誤動引發(fā)的思考［J］.江西電力，2009，33(5):5-6.

［3］路進升，張長彥，閆學廣，等.自并勵發(fā)電機相間短路電流計算及保護配置和動作行為分析［J］.電力系統(tǒng)保護與控制，2009，33(13):64-67.

［4］王維儉.電氣主設備繼電保護原理與應用(第二版)［M］.北京:中國電力出版社，2002:98-99.

［5］王維儉，桂林，唐起超.主設備后備阻抗保護反應繞組短路的靈敏度分析［J］.電力自動化設備，2003，23(9):1-5.

［6］王維儉，桂林.大型發(fā)電機變壓器保護技術(shù)的現(xiàn)狀剖析和發(fā)展動向［J］.電力設備，2003，4(5):15-18.