一起發(fā)電機(jī)聯(lián)絡(luò)線非事故跳閘的分析

廣東韶鋼松山股份有限公司 陶瑞基 成 霞

1 背景情況

韶鋼6#TRT 發(fā)電機(jī)組為6.3kV 單母線接線形式。有一回聯(lián)絡(luò)線與上級開關(guān)站相連，機(jī)組側(cè)為2QF 開關(guān)，一電站側(cè)為611開關(guān)。聯(lián)絡(luò)線保護(hù)裝置為SEL-587，該保護(hù)帶差動保護(hù)功能，裝置設(shè)置在6#TRT 機(jī)組側(cè)的線路保護(hù)屏上。如發(fā)生聯(lián)絡(luò)線差動保護(hù)，線路保護(hù)裝置SEL-587發(fā)出跳閘指令，聯(lián)跳6#TRT 機(jī)組側(cè)的2QF 開關(guān)、一電站側(cè)的611開關(guān)。

圖1 6#TRT 發(fā)電機(jī)組主接線圖

聯(lián)絡(luò)線差動保護(hù)電流回路采用了二次硬接線形式，6#TRT 發(fā)電機(jī)組與一電站高壓室開關(guān)柜距離約400米，二次控制電纜規(guī)格為6×2.5mm2（使用4芯，備用2芯），用作將一電站側(cè)開關(guān)柜的電流互感器二次側(cè)電流接入到6#TRT 發(fā)電機(jī)組側(cè)的聯(lián)絡(luò)線SEL-587保護(hù)裝置。一電站側(cè)開關(guān)柜為2014年改造更換、為ABB 的ZS1型開關(guān)柜，6#TRT 機(jī)組側(cè)為2008年建設(shè)、為上海駿晗電氣有限公司KYN28A 型開關(guān)柜。兩側(cè)開關(guān)柜電流互感器變比均為1000/5A，準(zhǔn)確等級均為0.5/10P15、容量均為15/15VA，電流互感器的型號、變比均相同，但由不同的廠家供貨安裝。

6#TRT 發(fā)電機(jī)電壓等級為6kV，其保護(hù)裝置為SEL-300G，差動保護(hù)電流回路采用了二次硬接線形式，差動保護(hù)用的兩組電流互感器距離約80米，電纜規(guī)格為6×2.5mm2控制電纜（使用4芯，備用2芯）。兩側(cè)電流互感器變比均為1000/5A，準(zhǔn)確等級均為0.5/10P15/10P15，容量均為15/15/15VA，電流互感器的型號、參數(shù)均相同，且由同一廠家供貨安裝。

某日6#TRT 發(fā)電機(jī)因雷雨雨水進(jìn)入發(fā)電機(jī)出口側(cè)端蓋內(nèi)，造成6#TRT 發(fā)電機(jī)跳停。經(jīng)現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)其并網(wǎng)開關(guān)柜的微機(jī)保護(hù)SEL-300G 裝置報(bào)差動保護(hù)動作，ABC 三相差動保護(hù)信號燈亮，6#TRT 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)開關(guān)柜1QF 保護(hù)跳閘。檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)定子三相對地絕緣值為零。將發(fā)電機(jī)端蓋打開后，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)定子出線銅母排有拉弧痕跡，母排室下部有少量積水，A 相母排與機(jī)殼之間絕緣板有碳化現(xiàn)象。6#TRT 發(fā)電機(jī)組的聯(lián)絡(luò)線SEL-587保護(hù)裝置報(bào)差動保護(hù)動作，ABC 三相差動保護(hù)信號燈亮，聯(lián)跳了6#TRT 機(jī)組側(cè)的2QF 開關(guān)、一電站側(cè)的611開關(guān)。

6#TRT 發(fā)電機(jī)組聯(lián)絡(luò)線、6#TRT 發(fā)電機(jī)本體均設(shè)置了差動保護(hù)功能，此次短路故障點(diǎn)在發(fā)電機(jī)的出口銅排處，發(fā)電機(jī)本體SEL-300G 保護(hù)裝置三相差動保護(hù)動作，并網(wǎng)開關(guān)1QF 跳閘動作是準(zhǔn)確無誤的。短路點(diǎn)不在聯(lián)絡(luò)線上，但為何聯(lián)絡(luò)上的差動保護(hù)裝置SEL-587卻動作了，開關(guān)也跳閘了，這是什么原因造成的？保護(hù)動作準(zhǔn)確與否？應(yīng)不應(yīng)該動作？

2 差動保護(hù)動作情況分析

發(fā)電機(jī)差動保護(hù)的分析。經(jīng)現(xiàn)場排查分析此次故障為：6#TRT 發(fā)電機(jī)暴雨期間雨水飄淋到發(fā)電機(jī)軸端，被負(fù)壓作用從發(fā)電機(jī)軸隙吸入到固定母排的絕緣板處，導(dǎo)致母排絕緣降低，爬電引起A 相接地，25秒后三相弧光短路，從發(fā)電機(jī)本體SEL-300G 保護(hù)裝置查看短路電流達(dá)11000A，差動保護(hù)動作，并網(wǎng)開關(guān)1QF 跳閘。短路電流導(dǎo)致上一級的變電站6kV 母線瞬間低電壓?，F(xiàn)場看到確實(shí)存在短路故障點(diǎn)。發(fā)電機(jī)差動保護(hù)的結(jié)論：發(fā)電機(jī)差動保護(hù)動作、1QF 開關(guān)跳閘是準(zhǔn)確無誤的。

聯(lián)絡(luò)線差動保護(hù)的分析。從聯(lián)絡(luò)線的SEL-587保護(hù)裝置上查看故障錄波曲線，可明顯看出發(fā)電機(jī)組側(cè)保護(hù)W1繞組的電流（二次值約100A）遠(yuǎn)大于一電站側(cè)保護(hù)W2繞組的電流（二次值約50A），達(dá)到了差動保護(hù)動作電流值（二次值為27.52A），從保護(hù)原理、保護(hù)動作條件來看，聯(lián)絡(luò)線的差動保護(hù)動作，發(fā)電機(jī)組側(cè)2QF 開關(guān)、一電站側(cè)611開關(guān)均保護(hù)跳閘也是準(zhǔn)確無誤的。聯(lián)絡(luò)線差動保護(hù)的結(jié)論：符合實(shí)際情況。

聯(lián)絡(luò)線差動保護(hù)動作合理性分析。如從差動保護(hù)的保護(hù)范圍、保護(hù)原理來分析，故障點(diǎn)發(fā)生在發(fā)電機(jī)出口而不是在聯(lián)絡(luò)線保護(hù)范圍內(nèi)。聯(lián)絡(luò)線差動保護(hù)動作的結(jié)論：合情但不合理，這種情況屬于保護(hù)誤動作，造成了保護(hù)及開關(guān)越級跳閘了，將短路事故引起的停電范圍擴(kuò)大了。

3 聯(lián)絡(luò)線差動保護(hù)動作原因分析

當(dāng)發(fā)生短路時發(fā)電機(jī)提供短路電流，電網(wǎng)也通過聯(lián)絡(luò)線611提供短路電流。因此聯(lián)絡(luò)線的兩側(cè)電流互感器均能采樣到短路電流，均將各側(cè)的電流互感器二次側(cè)電流輸入到聯(lián)絡(luò)線SEL-587差動保護(hù)裝置中。從短路時采樣到的兩側(cè)電流互感器的二次側(cè)電流可知，發(fā)電機(jī)組側(cè)的電流互感器W1繞組電流遠(yuǎn)大于一電站側(cè)的電流互感器W2繞組電流。從背景內(nèi)容可知：聯(lián)絡(luò)線長約400米，差動保護(hù)用的控制電纜規(guī)格為6×2.5mm2控制電纜。

電流互感器磁飽和的主要原因：電流過大、頻率過低、二次負(fù)荷阻抗過大。繼電保護(hù)裝置動作的正確性在很大程度上取決于電流互感器電流轉(zhuǎn)變的準(zhǔn)確性。電流互感器在電力設(shè)備或線路發(fā)生故障時，如電流較大或是其二次阻抗超標(biāo)易引起磁路飽和，降低電流傳變的準(zhǔn)確度，影響繼電保護(hù)裝置的正確動作。聯(lián)絡(luò)線差動保護(hù)動作原因可能有如下兩點(diǎn)：

3.1 控制電纜過長，線徑偏小

一電站對側(cè)電流經(jīng)二次電纜接到6#TRT 發(fā)電機(jī)組側(cè)，距離較遠(yuǎn)阻抗大，說明二次負(fù)荷阻抗過大。在正常負(fù)荷運(yùn)行時，一電站側(cè)流經(jīng)二次電纜的電流變化慢，電流能正常輸送到6#TRT 發(fā)電機(jī)組側(cè)的聯(lián)絡(luò)線SEL-587裝置不存在差流。但在短路的情況下，運(yùn)行是由正常突然轉(zhuǎn)變到不正常，電流發(fā)生了突變，一電站側(cè)由于線路長存在阻抗，電流在突變時被抑制，輸送到差動保護(hù)裝置的電流比正常運(yùn)行時速度變緩且變小了。6#TRT 發(fā)電機(jī)組側(cè)的電流互感器二次電纜短、阻抗小，電流基本上不受影響。因此，差動保護(hù)裝置因兩側(cè)輸入的同一時刻的電流相差大，差動保護(hù)裝置判斷為差流，達(dá)到保護(hù)設(shè)定值后發(fā)出差動保護(hù)跳閘指令。

3.2 兩側(cè)的電流互感器存在特性不一致的可能

因兩側(cè)開關(guān)的電流互感器是不同廠家、不同批次的產(chǎn)品，雖然電流變比一致，但存在特性差別大的可能，比如說磁飽和特性不一致、反應(yīng)速度不一致、變比存在誤差等，均會造成輸入差動保護(hù)裝置的電流變化率、電流大小不一致，最終造成差流，達(dá)到保護(hù)設(shè)定值后發(fā)出差動保護(hù)跳閘指令。

3.3 7#TRT 發(fā)電機(jī)組聯(lián)線路差動保護(hù)概況

韶鋼7#TRT 發(fā)電機(jī)組聯(lián)絡(luò)線差動保護(hù)是國產(chǎn)的保護(hù)裝置NAS-915A，差動保護(hù)裝置在7#TRT 進(jìn)線柜開關(guān)柜側(cè)，后備保護(hù)裝置是SEL-551。7#TRT聯(lián)絡(luò)線長約400米，差動保護(hù)用的電流二次接線電纜規(guī)格為6×2.5mm2控制電纜。7#TRT 存在發(fā)電機(jī)一并網(wǎng)就造成聯(lián)絡(luò)線差動保護(hù)跳閘的情況，因此在每次7#TRT 發(fā)電機(jī)并網(wǎng)時先退出聯(lián)絡(luò)線路的差動保護(hù)壓板，并網(wǎng)成功后再投入聯(lián)絡(luò)線路的差動保護(hù)壓板。原因與6#TRT 聯(lián)絡(luò)線路跳閘相似，也是電流互感器的特性及電流互感器的二次阻抗大造成的。

3.4 8#TRT 發(fā)電機(jī)組聯(lián)線路差動保護(hù)概況

8#TRT 聯(lián)絡(luò)線采用的差動保護(hù)裝置也是SEL-587裝置、長約100米，而6#TRT、7#TRT 聯(lián)絡(luò)線長度均為400米，8#TRT 聯(lián)絡(luò)線差動保護(hù)用的電流線短了近300米。差動保護(hù)用的電流二次接線電纜規(guī)格為6×2.5mm2，但8#TRT 發(fā)電機(jī)組無6#TRT、7#TRT 聯(lián)絡(luò)線在并網(wǎng)操作時，聯(lián)絡(luò)線存在差動保護(hù)的現(xiàn)象。說明差動保護(hù)用的電流二次接線電纜長度對阻抗值存在較大的影響，會導(dǎo)致聯(lián)絡(luò)線發(fā)生非聯(lián)絡(luò)線故障引起聯(lián)絡(luò)線差動保護(hù)的情況，需對這種情況加以整改。還有一個可能，聯(lián)絡(luò)線兩側(cè)的高壓開關(guān)柜均是同一廠家品牌產(chǎn)品，電流互感器型號、參數(shù)等一致，可能磁飽和特性一致，就避免了區(qū)外故障、區(qū)內(nèi)誤動作的可能。

4 分析驗(yàn)證及整改措施

4.1 電流互感器磁飽和度試驗(yàn)

為驗(yàn)證判斷是否準(zhǔn)確，對6#TRT 聯(lián)絡(luò)線路兩側(cè)的電流互感器的伏安特性進(jìn)行試驗(yàn)，在完成兩側(cè)電流互感器的變比特性、二次回路絕緣、電流加量等試驗(yàn)后均未發(fā)現(xiàn)問題。但發(fā)現(xiàn)6#TRT 聯(lián)絡(luò)線路兩側(cè)的電流互感器的伏安特性區(qū)別較大。一電站側(cè)611開關(guān)的電流互感器的磁飽和度高，拐點(diǎn)電壓為590V，時間上比較慢飽和；而發(fā)電機(jī)站側(cè)的電流互感器的磁飽和度低、拐點(diǎn)電壓為375V，時間上較快飽和。6#TRT 聯(lián)絡(luò)線路兩側(cè)的電流互感器磁飽和度拐點(diǎn)電壓存在相差較大現(xiàn)象。

4.2 6#TRT 聯(lián)絡(luò)線路差動保護(hù)分析

電流互感器的磁飽和性能不同，造成的抗飽和性能就不相同。當(dāng)發(fā)生6#TRT 聯(lián)絡(luò)線路區(qū)外故障時，發(fā)電機(jī)及電網(wǎng)均提供短路電流給短路點(diǎn)，因發(fā)電機(jī)組側(cè)的電流互感器的磁飽和性能較差、先出現(xiàn)飽和，二次側(cè)的電流波形就會先產(chǎn)生畸變。一電站側(cè)611開關(guān)的電流互感器的磁飽和性能較好、后出現(xiàn)飽和，未出現(xiàn)飽和時二次側(cè)的電流波形未產(chǎn)生畸變。這種情況下，同一時刻流入6#TRT 聯(lián)絡(luò)線路差動保護(hù)裝置的電流自然就不相同，導(dǎo)致6#TRT 聯(lián)絡(luò)線路差動保護(hù)裝置按設(shè)置好的保護(hù)邏輯及保護(hù)定值開始運(yùn)算，誤認(rèn)為線路存在故障，從而導(dǎo)致差動保護(hù)裝置誤動作，區(qū)外故障區(qū)內(nèi)保護(hù)啟動且跳閘，從而發(fā)生了誤跳閘。

電流互感器能將一次回路電流準(zhǔn)確轉(zhuǎn)變到二次回路電流，也就是起到將大電流轉(zhuǎn)變?yōu)樾‰娏鞯淖饔?。?dāng)電力系統(tǒng)發(fā)生事故時，一次回路的電流遠(yuǎn)大于正常的負(fù)荷電流，且電網(wǎng)中存在著大量的直流分量，導(dǎo)致電流互感器鐵芯進(jìn)入飽和狀態(tài)，導(dǎo)致電流互感器的二次回路電流出現(xiàn)畸變的現(xiàn)象。6#TRT 聯(lián)絡(luò)線路兩側(cè)的電流互感器只是變比相同，但存在型號、磁飽和特性等參數(shù)不相同的情況，最主要的是磁飽和特性不一致，最終導(dǎo)致6#TRT 聯(lián)絡(luò)線路差動保護(hù)區(qū)外故障，卻是區(qū)內(nèi)動作的現(xiàn)象。

由于差動保護(hù)兩側(cè)的電流互感器磁飽和特性不一致，很容易在電網(wǎng)某一處發(fā)生短路事故時差動差動保護(hù)誤動作的現(xiàn)象，這種情況也較常見，如對差動保護(hù)工作原理、電流互感器磁飽和特性等技術(shù)不熟悉時會無從下手進(jìn)行整改。6#TRT 聯(lián)絡(luò)線路發(fā)生過兩次非聯(lián)絡(luò)線路短路故障：一次是上級開關(guān)站電網(wǎng)發(fā)生了短路、一次是6#TRT 發(fā)電機(jī)組短路，兩次都是聯(lián)絡(luò)線路差動保護(hù)跳閘的情況。經(jīng)過分析及試驗(yàn)驗(yàn)證，是6#TRT 聯(lián)絡(luò)線路兩側(cè)的電流互感器磁飽和特性不一致造成的誤動作。

4.3 整改措施

最主要的措施是避免發(fā)生短路時聯(lián)絡(luò)線保護(hù)裝置兩側(cè)電流存在較大偏差，這可做到區(qū)外故障時聯(lián)絡(luò)線差動保護(hù)不誤動，只有區(qū)內(nèi)故障時才準(zhǔn)確動作。

4.3.1 更換兩側(cè)電流互感器

建議將6#TRT 聯(lián)絡(luò)電纜兩側(cè)開關(guān)柜的電流互感器全部更換為同廠家、同型號規(guī)格、同批次產(chǎn)品。當(dāng)兩側(cè)電流互感器參數(shù)不一致時，在正常運(yùn)行時兩側(cè)的電流互感器都未出現(xiàn)磁飽和情況，均能準(zhǔn)確將一次電流轉(zhuǎn)變成二次電流，電流互感器二次側(cè)的電流差值就很小，不會讓差動保護(hù)裝置啟動。但如發(fā)生短路時這種情況就很極端，電源側(cè)會向短路點(diǎn)提供短路電流，一次回路電流遠(yuǎn)大于正常的負(fù)荷電流，且存在大量直流分量，容易磁飽和的電流互感器先進(jìn)入飽和狀態(tài)，較不易磁飽和的電流互感器鐵芯晚進(jìn)入飽和狀態(tài)，導(dǎo)致差動保護(hù)裝置接收到的兩側(cè)電流大小不一致，導(dǎo)致差動保護(hù)裝置按設(shè)置好的保護(hù)邏輯及保護(hù)定值開始運(yùn)算，誤認(rèn)為線路存在故障，從而導(dǎo)致差動保護(hù)裝置誤動作。

如兩側(cè)電流互感器參數(shù)一致時，可最大限度地保證輸出電流大小、變化速率、磁飽和度等參數(shù)相同，避免帶來的誤差。這樣參數(shù)差異小，無論是發(fā)生區(qū)外部故障還是區(qū)內(nèi)故障，兩側(cè)的電流互感器餓飽和特性基本一致，電流互感器二次側(cè)的電流差值就相差不大，能夠確保差動保護(hù)裝置不會誤動作。

4.3.2 改為光纖式的差動保護(hù)裝置

光纖式差動保護(hù)可有效避免兩側(cè)差動保護(hù)用的電流互感器電流輸送距離遠(yuǎn)帶來的各項(xiàng)問題，如電纜阻抗大、電流反應(yīng)速率不一致等。做到反應(yīng)迅速、動作準(zhǔn)確可靠。建議將6#TRT、7#TRT、8#TRT 發(fā)電機(jī)組的聯(lián)絡(luò)線差動保護(hù)采用光纖式的差動保護(hù)裝置，可避免非線路故障，只因遠(yuǎn)端的二次負(fù)荷阻抗過大、電流反應(yīng)速率不一致造成聯(lián)絡(luò)線路差動保護(hù)誤跳閘的情況。

綜上，當(dāng)供配電系統(tǒng)發(fā)生故障時，繼電保護(hù)應(yīng)做到速動性、準(zhǔn)確性、選擇性、靈敏性。對于差動保護(hù)，兩側(cè)的電流互感器選擇猶為重要，特別是磁飽和特性更為重要，如果選擇不當(dāng)就會發(fā)生差動保護(hù)誤動作的情況。