潿洲11-1石油平臺(tái)透平發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因淺析

馮潤(rùn)蘭

（湛江南海西部石油合眾近海建設(shè)有限公司，廣東湛江 524057）

潿洲11-1石油平臺(tái)透平發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因淺析

馮潤(rùn)蘭

（湛江南海西部石油合眾近海建設(shè)有限公司，廣東湛江 524057）

針對(duì)潿洲11-1平臺(tái)主電站在預(yù)調(diào)試過(guò)程中所發(fā)生的差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作情況，運(yùn)用大變壓器負(fù)載合閘暫態(tài)過(guò)程分析及差動(dòng)保護(hù)理論，分析了發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的原因。

透平發(fā)電機(jī) 中壓柜 真空斷路器 多功能保護(hù)繼電器 差動(dòng)保護(hù) 激磁涌流

1 引言

潿洲11－1平臺(tái)上部組塊在南油海工碼頭建造，在進(jìn)行平臺(tái)主電站調(diào)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)只要一合上測(cè)試負(fù)載回路開(kāi)關(guān)，立刻導(dǎo)致中壓柜發(fā)電機(jī)主進(jìn)線真空斷路器（VCB）故障跳閘，隨后導(dǎo)致透平發(fā)電機(jī)因故障停機(jī)現(xiàn)象。進(jìn)線中壓柜多功能保護(hù)繼電器顯示，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。針對(duì)這一問(wèn)題，我們對(duì)發(fā)電機(jī)本體、電源進(jìn)線相序、差動(dòng)保護(hù)電流互感器（CT）極性及接線等進(jìn)行了認(rèn)真的檢查；對(duì)保護(hù)的設(shè)定值進(jìn)行了核算；對(duì)多功能保護(hù)繼電器進(jìn)行了校驗(yàn)，都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。反復(fù)試驗(yàn)了幾次，結(jié)果還是一樣。

圖1 測(cè)試時(shí)的一次系統(tǒng)圖

圖2 差動(dòng)保護(hù)接線圖

圖3 分析差動(dòng)回路不平衡電流的等效

2 差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的原因分析

我們對(duì)差動(dòng)保護(hù)進(jìn)行分析。如圖1，為測(cè)試時(shí)的一次系統(tǒng)圖。

差動(dòng)保護(hù)理論原理是依據(jù)克希荷夫第一定理。如圖2，為系統(tǒng)差動(dòng)保護(hù)的接線原理圖。當(dāng)差動(dòng)保護(hù)內(nèi)部無(wú)短路故障時(shí)，無(wú)論外部電路有無(wú)故障，理想情況下，Id=（I1+I2）/n=I1′+I2′=0， n為互感器的變比，繼電器不會(huì)動(dòng)作。如果內(nèi)部有短路電流，差動(dòng)保護(hù)將靈敏快速地動(dòng)作。所以，差動(dòng)保護(hù)有電流保護(hù)和距離保護(hù)無(wú)可比擬的性能。

實(shí)際上，當(dāng)外部短路時(shí)，雖然一定存在I1+I2=0，但由于電流互感器的誤差，Id=I1′+I2′≠0，稱為差動(dòng)保護(hù)的不平衡電流。因此，在進(jìn)行差動(dòng)保護(hù)的設(shè)定值計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮外部短路時(shí)的最大不平衡電流，差動(dòng)繼電器動(dòng)作值必須大于外部短路時(shí)可能產(chǎn)生的最大不平衡電流，才能保證不會(huì)產(chǎn)生誤動(dòng)作。

圖3為分析差動(dòng)回路不平衡電流的等效電路，兩個(gè)電流互感器的激磁阻抗分別為Zμ′和Zμ″，二次連線和電流互感器的漏阻抗之和為Z′和Z″，差動(dòng)回路的阻抗為Zc。當(dāng)電流互感器工作于不飽和區(qū)，Zμ′和Zμ″趨于無(wú)窮大，激磁電流可忽略不計(jì)， 即得出理想狀態(tài)參數(shù)Id=0。或者，將等效電路看作一個(gè)橋式電路，如果滿足或能近似滿足Zμ′/ Zμ″=Z′/Z″，則可以實(shí)現(xiàn)不平衡電流Id≈0。

再來(lái)分析一下我們進(jìn)行負(fù)載測(cè)試的具體情況。平臺(tái)上單臺(tái)透平發(fā)電機(jī)的容量約為3500KVA，用于差動(dòng)保護(hù)的電流互感器規(guī)格為500/5，正常情況下工作合閘負(fù)載最大為1000KVA變壓器，而用于負(fù)載測(cè)試的變壓器容量為4000KVA。負(fù)載測(cè)試的方式是，先空載投入測(cè)試變壓器，然后再在變壓器的低壓側(cè)逐漸加負(fù)載。查閱資料，可以了解到，三相變壓器空載合閘的暫態(tài)過(guò)程中，將產(chǎn)生非常大的激磁涌流，對(duì)于4000KVA變壓器，如合閘于無(wú)窮大電源，其暫態(tài)激磁涌流將達(dá)到額定電流峰值的8～10倍，即最高可以達(dá)到將近5000多安培。所以，在空載投入測(cè)試變壓器時(shí)，對(duì)于容量?jī)H為3500KVA的透平發(fā)電機(jī)組將造成很大的沖擊，產(chǎn)生類似或超過(guò)外部回路短路過(guò)程的暫態(tài)瞬時(shí)大電流，該電流中含有大量的非周期分量。由于非周期分量對(duì)時(shí)間變化量di/dt遠(yuǎn)小于周期分量對(duì)時(shí)間的變化量，因此它很難變換到二次側(cè)，而是大部分成為電流互感器的激磁電流。這樣，將導(dǎo)致電流互感器鐵心的急劇嚴(yán)重飽和，從而導(dǎo)致電流互感器TA1和TA2的激磁阻抗Zμ′和Zμ″急劇下降。又因?yàn)閮呻娏骰ジ衅鞑豢赡茏龅轿锢硖匦酝耆恢?，即不可能做到磁化曲線完全相同，特別是兩者的剩磁大小和方向不同時(shí)，兩個(gè)電流互感器的飽和程度就不一樣，從而導(dǎo)致激磁阻抗Zμ′和Zμ″下降幅度不一致，甚至偏差較大，破壞了平衡條件Zμ′/ Zμ″=Z′/Z″。這樣，就造成了兩互感器激磁電流Iμ′和Iμ″的不平衡，產(chǎn)生了較大的不平衡電流。在潿洲11－1平臺(tái)發(fā)電機(jī)容量及采用的互感器均較小的情況下，采用如此大容量的臨時(shí)變壓器進(jìn)行負(fù)載測(cè)試，由此產(chǎn)生的暫態(tài)不平衡電流情況相對(duì)更加突出，遠(yuǎn)大于正常系統(tǒng)工作模式下差動(dòng)保護(hù)計(jì)算設(shè)定值，所以導(dǎo)致了差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)作的發(fā)生。

3 處理方法

做為預(yù)調(diào)試臨時(shí)測(cè)試用，在確認(rèn)設(shè)備正常情況下，一種方法是可采用先把差動(dòng)故障跳閘輸出閉鎖，待投入測(cè)試變壓器后恢復(fù)；另一種辦法是采用把多功能繼電器差動(dòng)保護(hù)設(shè)定一個(gè)延時(shí)，以躲開(kāi)變壓器暫態(tài)激磁涌流影響，待測(cè)試完成后恢復(fù)。實(shí)際測(cè)試過(guò)程中采用了延時(shí)方案，保證投入測(cè)試變壓器時(shí)不誤動(dòng)，從而完成了發(fā)電機(jī)組的帶載調(diào)試任務(wù)。

馮潤(rùn)蘭（1964—），女，漢，廣東茂名人，職稱：中級(jí)工程師，學(xué)歷：大學(xué)本科，研究方向：機(jī)電工程、儀表自動(dòng)化。