發(fā)電機縱聯(lián)差動保護誤動原因分析

王安甫，徐 明

(1.重慶建峰工業(yè)集團有限公司建峰熱電廠，重慶408601;2.重慶電力高等?？茖W(xué)校，重慶400053)

0 前言

建峰熱電廠是上市公司建峰化工的配套自備電廠，鍋爐采用高溫高壓循環(huán)流化床鍋爐，以抽氣供熱為主。本文通過對一起事故的分析，找出差動保護誤動的原因，提出改進方法，確保保護動作的可靠性。

1 事故經(jīng)過

建峰熱電廠共有3臺機組，1#、2#機組容量為15MW，3#機組容量為25MW。2007年6月29日，3#機組因故停運，1#、2#機組降負荷運行，下網(wǎng)4.5 MW。11時23分，主控室照明燈突然一暗，事故喇叭響。隨后檢查為熱電廠與系統(tǒng)并網(wǎng)的出線開關(guān)122距離保護動作跳閘，122開關(guān)保護裝置動作顯示值為11時23分05秒592毫秒，122開關(guān)保護啟動，14ms零序I段出口，電流為49A;32ms接地距離I段出口X為0.1416Ω，R 為0.3086Ω，C相接地。同時，1#發(fā)電機縱差保護動作，差動電流為4.469A，制動電流6A，瞬時跳掉1#發(fā)電機。1#發(fā)電機跳閘后，2#發(fā)電機所能發(fā)出的無功功率出現(xiàn)了很大的缺口，2#發(fā)電機機端電壓急劇下降，2#發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器在強勵2次均不能成功的情況下自動逆變滅磁，此時已造成全廠失電。根據(jù)事故現(xiàn)象分析，1#發(fā)電機縱差保護動作是由于保護區(qū)外的系統(tǒng)輸電線路接地故障引起的誤動。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障時，1#發(fā)電機差動保護與122距離保護幾乎同時啟動，時限均為0s。

2 原因分析

眾所周知，發(fā)電機的縱差保護是反應(yīng)發(fā)電機定子及其引出線的相間短路，是發(fā)電機的主要保護。建峰熱電廠1#發(fā)電機差動保護為CSC-306發(fā)電機保護裝置。繼電保護要求對于保護區(qū)內(nèi)的故障，應(yīng)迅速切除故障，而對于保護區(qū)外的故障，保護不應(yīng)動作。很顯然，此次1#發(fā)電機縱差保護動作是誤動。在分析誤動原因之前，讓我們先來看一下CSC-306發(fā)電機縱差保護原理。

1)CSC-306發(fā)電機縱差保護的原理是基于比較發(fā)電機中性點及機端電流大小和相位，當(dāng)兩者的電流差達到動作值，差動保護動作，跳開發(fā)電機機端斷路器。為實現(xiàn)這種比較，在發(fā)電機兩端各裝一組相同型號和相同變比的電流互感器，如圖1。發(fā)電機縱差保護采集到發(fā)電機中性點及機端電流信號后，進行差動電流和制動電流計算。

1 發(fā)電機完全縱差保護的交流接入回路示意圖

Izd——差動電流

Izd——制動電流

其動作特性方程為:

Icd≥Idz0

Izd＜Izd0

Idz0——差動電流起始值

Kzd——比率制動斜率

Izd0—— 拐點電流

正常運行或區(qū)外故障時，發(fā)電機兩端的電流IT和IN的方向如圖1所示，

保護不動作。

內(nèi)部故障時，

Icd≥Idz0或Icd≥Kzd(Izd-Izd0)+Idz0成立，保護動作，跳開發(fā)電機開關(guān)。

2)事故后，調(diào)出1#發(fā)電機保護裝置CSC-306故障錄波圖，如圖2所示。

圖2 1#發(fā)電機保護裝置故障錄波圖

IGNA、IGNB、IGNC 是發(fā)電機中性點側(cè) A、B、C三相電流，IGTA、IGTB、IGTC是發(fā)電機機端 A、B、C三相電流。很明顯，發(fā)電機兩側(cè)電流曲線在發(fā)生故障后不一致，當(dāng)差流值與制動電流達到整定值，即圖中綠線時刻，便發(fā)生發(fā)電機差動單相動作。經(jīng)過調(diào)閱故障錄波圖，為我們分析差動保護誤動原因指明了方向。事故后，我們分別對1#發(fā)電機差動保護回路及保護裝置進行了檢查?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)中性點處差動保護回路1LH用的是測量表計用的電流互感器，且差動保護回路1LH中又串入了故障濾波裝置的輸入部分。

3)1#發(fā)電機保護配置如圖3所示。

差動保護兩側(cè)電流互感器變比為2500/5。圖3中發(fā)電機中性點側(cè)1LH、2LH型號是LMCD-10，容量為50VA，為重慶嘉陵互感器廠生產(chǎn)。1LH為0.5級，2LH為D級。發(fā)電機機端側(cè)7LH、8LH型號均為LMZBJ1-10W1，7LH為10P15級，8LH也為10P15級。用于差動保護的兩側(cè)電流互感器1LH、8LH及用于測量的2LH伏安特性見表1，根據(jù)表1繪制的伏安特性曲線如圖4所示。

圖3 1#發(fā)電機保護配置

表1 2LH伏安特性

圖4 1LH、2LH、8LH的伏安特性曲線

由圖4可明顯看出，發(fā)電機中性點側(cè)1LH電流互感器飽和電壓過低，約為70V，而發(fā)電機機端側(cè)8LH電流互感器飽和電壓約為280V。正常運行時，差動回路兩側(cè)電流互感器1LH、8LH中流過正常負荷電流，兩側(cè)電流互感器都工作在線性區(qū)，差動繼電器中流過的電流接近于0。當(dāng)系統(tǒng)外線路發(fā)生兩相接地短路故障時，一次電流突然增大，由于兩側(cè)電流互感器伏安特性相差較大，機端側(cè)8LH工作在線性區(qū)，而中性點側(cè)1LH工作在飽和區(qū)，這樣就有較大的不平衡電流流過差動回路，當(dāng)不平衡電流達到`整定值時，差動保護將誤動作。這次發(fā)電機差動保護誤動作的主要原因是施工單位錯將儀表用1LH用于差動保護。測量用和保護用兩類電流互感器的工作范圍和性能差別很大，一般情況下，0.2級、0.5級準(zhǔn)確度繞組應(yīng)接電能計量儀表，而P級準(zhǔn)確度繞組應(yīng)接繼電保護電路。測量級CT為了保證精度，需要選用易飽和類型的CT，在發(fā)生短路故障時，由于計量繞組鐵心設(shè)計時保證在短路電流超過額定電流的一定倍數(shù)時，鐵心飽和，限制了二次電流增長，以保護儀表。而繼電保護繞組鐵心設(shè)計成不易飽和，二次電流隨短路電流相應(yīng)增大，要求保護用的電流互感器在通過15倍甚至是20倍額定電流的情況下，誤差不超過5%或10%，即不出現(xiàn)飽和，以使繼電保護準(zhǔn)確動作。用2LH取代1LH于差動保護，由表1及圖4可以看出，由于2LH的飽和電壓遠低于8LH，2LH也不能滿足要求。

差動保護動作電流取各分支電流的向量和，稱為差電流，從差動保護的要求來說，其差動保護幾側(cè)的CT的特性應(yīng)完全一致，負載阻抗相同，剩磁相同，最大程度上減輕不平衡電流，提高靈敏度。當(dāng)發(fā)電機發(fā)生最嚴(yán)重的區(qū)外故障，即發(fā)生發(fā)電機出口三相短路時，其三相短路電流為

式中:X″d——發(fā)電機直軸超瞬態(tài)電抗;

Se——發(fā)電機額定容量;

Ue——發(fā)電機額定電壓。

折算到電流互感器二次側(cè)電流有效值為26.44A。(13220/500=26.24A)峰值為 37.39A。1LH電流互感器二次負載實測值為:1.86Ω(串故障錄波裝置);而差動保護機端8LH二次負載實測值為:1.35Ω(未串故障錄波裝置)，假設(shè)當(dāng)保護區(qū)外發(fā)生三相短路故障時，1LH工作在線性區(qū)，則電流互感器二次側(cè)電壓為:37.39×1.86=70V，此電壓值接近是圖4中1LH的飽和電壓，說明在保護區(qū)外發(fā)生最大短路故障時，1LH已飽和，在保護區(qū)外發(fā)生短路故障時，流過差動回路的不平衡電流會增大，可能會超過保護定值，使保護誤動作。

4)讓我們來看一下保護定值是否存在問題。本廠1#發(fā)電機是帶比率制動斜率的完全縱差保護，其定值如下:

縱差最小動作電流:1.0A;

縱差拐點電流定值:2.75A;

縱差特性斜率:0.4。

根據(jù)以上定值可畫出縱差保護動作特性，如圖5折線P所示。

圖5 帶比率制動特性的發(fā)電機縱差保護動作特性

我們查閱了1#發(fā)電機保護裝置CSC-306的說明書，發(fā)現(xiàn)原定值偏小。對于縱差最小動作電流，由于本廠發(fā)電機差動保護兩側(cè)CT特性不一致，根據(jù)說明書，應(yīng)整定為 0.4IGe，即 0.4×1718/500=1.37A;縱差拐點電流應(yīng)整定為0.8IGe，即0.8×1718/500=2.75A;縱差特性斜率由于本廠發(fā)電機差動保護兩側(cè)CT特性不一致，應(yīng)整定為0.5。由此可在圖5中畫出根據(jù)保護裝置說明書給出的新縱差保護動作特性，折線P'?？梢钥闯?，兩條折線中間的部分即是使用原定值比新定值多動作的區(qū)域。也就是說，原定值比新定值更容易動作。

3 處理措施

1)將發(fā)電機中性點處的1LH更換成與機端8LH同型號、同廠家，且伏安特性接近的電流互感器。

2)測試差動保護電流互感器的二次負載阻抗應(yīng)滿足要求，且差動二次回路上不應(yīng)再串接其他電流元件(如故障錄波)，兩側(cè)負載阻抗應(yīng)相同。

3)對差動保護電流互感器必須進行定期校驗，兩側(cè)的電流互感器伏安特性應(yīng)接近。

4)對于差動保護定值應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況進行校驗核對。

4 結(jié)論

2007年9月29日9時24分，110kV系統(tǒng)出線122開關(guān)距離保護零序Ⅰ段動作，動作電流44A，測距2.4km，C相接地。此次故障122開關(guān)正常跳開，其它電氣系統(tǒng)運行穩(wěn)定，沒有誤動。調(diào)出1#發(fā)電機保護裝置CSC-306故障濾波如圖6所示。

圖6 1#發(fā)電機保護裝置故障錄波圖

從圖6中可明顯看出，在故障前后，差動回路的兩組電流互感器所反映的二次電流是一致的，電流波形未發(fā)生畸變，差動保護未發(fā)生誤動作，措施合理有效。

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