大橋電廠主變激磁涌流造成發(fā)電機差動保護誤動的分析及防范

許 鈞，劉朝云

(涼山州大橋水電開發(fā)總公司，四川西昌 615000)

1 概述

大橋電廠位于四川省冕寧縣境內(nèi)，具有年調(diào)節(jié)能力，于2000年6月28日建成投運。電廠上游的大橋水庫總庫容為6.5億m3，興利庫容5.9億m3，調(diào)節(jié)性能十分良好，在枯水期可對四川主網(wǎng)的攀西電網(wǎng)進行調(diào)頻、調(diào)峰。大橋電廠裝機4×22.5MW，總裝機容量為90MW，通過一條220 kV橋棉線接入四川主網(wǎng)，線路全長74.9km;另一條110kV大南線接入攀西電網(wǎng)，線路全長11 km。電廠的主接線方式為擴大單元接線。正常運行方式為4臺機組發(fā)電經(jīng)主變升壓后，通過220kV橋棉線并入四川電網(wǎng)運行;在枯水期或電網(wǎng)需要時，11F、12F機組通過220kV橋棉線接入四川主網(wǎng)運行，13F、14F機組通過110kV大南線接入攀西電網(wǎng)運行。

大橋電廠的11F、12F發(fā)電機組和11B主變構(gòu)成Ⅰ段擴大單元發(fā)變組接線，13F、14F發(fā)電機組和12B主變構(gòu)成Ⅱ段擴大單元發(fā)變組接線。兩臺主變保護裝置是由許昌繼電器廠生產(chǎn)的WHB—100型保護裝置，4臺發(fā)電機保護裝置是由許昌繼電器廠生產(chǎn)的WFB—100型保護裝置。在多年的運行過程中，保護裝置的性能良好，運行穩(wěn)定、可靠。但是，在運行過程中，先后兩次出現(xiàn)對12B主變進行空載充電時引起11F發(fā)電機差動保護動作，跳發(fā)電機出口開關(guān)，甩20MW負(fù)荷的故障現(xiàn)象。其中，以2006年8月14日11F發(fā)電機差動保護動作跳閘較為典型。筆者對此進行了探討與分析。

2 運行方式、電氣主接線及現(xiàn)場情況

2.1 電氣設(shè)備型號及參數(shù)

11F主變的型號:SFP9－63000/220

接線組別:Y/Δ

12F主變的型號:SFP9－90000/220

接線組別:Y/Y/Δ

發(fā)電機型號:SF22.5－10/3250

容量:22.5MW

電壓等級:10.5kV

發(fā)電機機端側(cè)CT型號:LZZBJ9－10GY

變比:2000/5A

發(fā)電機中性點側(cè)CT型號:LAJ－10

變比:2000/5A

2.2 電氣一次主接線的接線方式

接線方式見圖1。

2.3 現(xiàn)場設(shè)備的運行方式

在對12B主變進行充電前的運行方式為:斷路器QF101、QF201、QF251處于合閘位置，斷路器QF102、QF103、QF104、QF202、QF151處于分閘位置，兩臺主變的中性點地刀G2019、G2029、G1029處于合閘位置，11F發(fā)電機通過11B主變帶20MW的負(fù)荷，并入220kV電網(wǎng)運行。12F發(fā)電機、13F發(fā)電機、14F發(fā)電機處于停機態(tài)。

2.4 接調(diào)度命令合斷路器QF202開關(guān)，對12B主變進行空載充電時保護裝置的動作情況

2006年8月14日晚，接調(diào)度命令合斷路器QF202，對12B主變進行空載充電，21時46分13秒11F發(fā)電機保護裝置的差動保護動作，跳出口斷路器QF101開關(guān)，甩負(fù)荷20MW.

圖1 12B主變充電引起11F、11B保護誤跳的潮流圖

表1 差動保護動作量與發(fā)電機正常運行時的參數(shù)對照表

3 11F發(fā)電機保護裝置動作原因分析

3.1 發(fā)電機保護裝置差動保護動作情況

11F發(fā)電機差動保護動作后，從微機保護裝置中打印出的故障信息可以看出，11F發(fā)電機A、C兩相的動作量為1.039A和1.448A。通過與表1中正常運行參數(shù)相比較，A、C兩相的電流值已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常運行參數(shù)值，已經(jīng)達(dá)到了差動保護最小動作電流整定值，因此，必將引起差動保護動作。為了證實保護裝置運行是否正常，差動保護是否是誤動，在11F發(fā)電機跳閘甩負(fù)荷后的第一時間，我們立即停運了11F發(fā)電機，并對11F發(fā)電機保護裝置進行了全面檢查，用外加故障量的方法對保護裝置進行調(diào)試，以差動保護最小動作電流整定值為依據(jù)，外加故障量校驗差動保護的功能，找出了差動保護的動作邊界，作出了圖形并與保護裝置技術(shù)說明書中的參數(shù)相比較，判定保護裝置正常，差動保護確實動作。從保護區(qū)的范圍看，差動保護區(qū)的范圍已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了發(fā)電機機端CT的安裝地點，已到達(dá)變壓器處，屬于區(qū)外故障，由此認(rèn)為發(fā)電機差動保護的最小動作電流整定值整定的過低，保護裝置是以強調(diào)差動保護靈敏性而犧牲可靠性為代價的，因此而造成了差動保護的動作。

3.2 引起發(fā)電機差動保護動作的原因

(1)如圖1所示，在合12B主變高壓側(cè)斷路器QF202對12B主變充電時，即12B主變空投的瞬間，產(chǎn)生了很大的勵磁涌流，此勵磁涌流包括兩部分:一部分由220kV系統(tǒng)提供，如圖1中的電流I1，另一部分由11F發(fā)電機提供，如圖1中的電流I2，且在并列運行的11B主變上產(chǎn)生了和應(yīng)涌流。勵磁涌流的數(shù)值一般較大，本應(yīng)引起變壓器保護裝置的差動保護動作，但由于在變壓器差動保護中采用了比率制動的特性，增設(shè)了防涌流誤動的二次諧波閉鎖判據(jù)，并且在變壓器差動保護定值的整定中充分考慮了勵磁涌流對變壓器保護裝置的影響，已經(jīng)適當(dāng)提高了可靠系數(shù)用以避開變壓器產(chǎn)生的勵磁涌流，因此變壓器保護裝置的差動保護沒有動作。而對于11F發(fā)電機來說，這個電流突變的效果是穿越性的，必將在發(fā)電機的一、二次回路中產(chǎn)生影響，當(dāng)產(chǎn)生的勵磁涌流比較大時，對發(fā)電機來說，好似在發(fā)電機的保護區(qū)外出現(xiàn)了短路故障，如果勵磁涌流越大，則呈現(xiàn)出的短路故障現(xiàn)象越明顯;當(dāng)11F發(fā)電機機端和中性點兩側(cè)的CT型號、參數(shù)以及暫態(tài)特性不一致時，在12B主變空投出現(xiàn)暫態(tài)飽和的暫態(tài)過程中，在11F發(fā)電機保護差動回路中產(chǎn)生了差流，該差流的大小以及11F發(fā)電機機端和中性點兩側(cè)的CT暫態(tài)特性不一致的程度與CT負(fù)荷等因素有關(guān)，當(dāng)差流達(dá)到差動保護最小動作電流整定值時，引起了11F發(fā)電機差動保護動作。

(2)差動保護動作的另外一個原因是其整定值過小。設(shè)計人員在定值整定計算時，完全照搬“大機組整定導(dǎo)則”來整定，其原因是多方面的。其中一個最主要、最直接的原因是小機組從設(shè)計、制造工藝到現(xiàn)場安裝等各方面都不如大機組嚴(yán)格。對于小型發(fā)電機的差動保護，整定值的可靠系數(shù)一般取0.4～0.6倍比較恰當(dāng)，而大橋電廠11F發(fā)電機差動保護的定值系數(shù)則取為0.22，顯然偏小。因此，差動保護就會在勵磁涌流較大時靈敏的動作。

4 防止勵磁涌流及和應(yīng)涌流產(chǎn)生時發(fā)電機差動保護動作的策略

(1)適當(dāng)提高發(fā)電機差動保護的最小動作電流定值，將差動保護動作值的可靠系數(shù)從0.22提高至0.42，即最小動作電流 從 0.806A提 高 到1.5288A，此時對發(fā)電機差動保護的靈敏度進行校驗如下:

通過計算得短路電流Idf·min(2)=4642(A)，因此靈敏度為:

顯然，靈敏度滿足要求。由此可見，上述差動保護定值調(diào)整的方案不影響差動保護的靈敏性，完全是可行的。

(2)對12B主變進行充電時，在12B主變中性點接地的情況下，將與12B主變并聯(lián)運行且處于運行態(tài)的主變11B的中性點地刀G2019拉開，消除和應(yīng)涌流。由于和應(yīng)涌流是通過兩臺并聯(lián)運行變壓器的中性點構(gòu)成回路的，在拉開運行的主變11B中性點地刀G2019后，可以達(dá)到阻斷和應(yīng)涌流通道的目的，防止涌流的增大，避免11F發(fā)電機差動保護動作。但是，在采用這種方式時，雖然可以消除和應(yīng)涌流的影響，卻出現(xiàn)了一個新的問題，就是在拉開運行的主變11B中性點地刀G2019后，會出現(xiàn)主變11B中性點沒有接地的問題:一是對主變11B零序電流保護有影響;二是在這種短時間退出地刀的時間段，如果系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓又該怎么辦呢?這時，我們必須將主變11B的零序電流電壓保護投入，如出現(xiàn)過電壓且當(dāng)過電壓值達(dá)到一定值時，會將中性點間隙擊穿，此時變壓器的零序電流電壓保護會動作，使系統(tǒng)在出現(xiàn)過電壓時零序電流電壓保護能有效地保護變壓器進而消除過電壓的危害。

5 結(jié)語

變壓器在空投過程中產(chǎn)生勵磁涌流的情況下，和應(yīng)涌流伴隨發(fā)生的情況比較普遍。而在電力系統(tǒng)中，為了零序網(wǎng)絡(luò)的需要，對于并聯(lián)運行的變壓器，一般只要求一臺變壓器的中性點接地，另一臺變壓器的中性點不接地。但在一臺變壓器并入220kV系統(tǒng)運行，另一臺變壓器由停運態(tài)轉(zhuǎn)為運行態(tài)的過程中，將出現(xiàn)兩臺變壓器的中性點同時接地的情況。為防止勵磁涌流的產(chǎn)生及和應(yīng)涌流的疊加，在發(fā)電機CT二次側(cè)出現(xiàn)差流，造成發(fā)電機差動保護誤動，可將兩臺變壓器中性點接地方式改為一臺接地。另一方面，在發(fā)電機、變壓器差動保護的整定計算中，要充分考慮差動保護躲勵磁涌流的情況，在滿足靈敏性的前題下，適當(dāng)提高差動保護的最小動作值，由此來避免變壓器空載投運時發(fā)電機變壓器差動保護的誤動作。

［1］潘和勛.電力系統(tǒng)繼電保護原理［M］.成都:成都科技大學(xué)出版社，1996.

［2］劉正山.發(fā)電廠電氣設(shè)計和計算［M］.成都:成都科技大學(xué)出版社，1994.

［3］王維儉.發(fā)電機變壓器繼電保護應(yīng)用［M］.北京:中國電力出版社，2005.