發電機復合電壓啟動過電流保護誤動原因

邵 彬,柳海鵬

（烏魯瓦提水力發電廠,新疆 和田 848000）

烏魯瓦提水電廠位于新疆和田喀拉喀什河上游,距離和田市74 km。電廠安裝4臺混流式立軸水輪發電機組,總裝機容量為4×15 MW,發電機額定電壓10.5 kV。發電機與主變采用兩機一變擴大單元接線,主變容量為2×40 000 kVA,原110 kV出線2回,110 kV側為內橋接線,后增加1回出線（烏兵線1925）,110 kV側接線變為非標準接線（如圖1所示）。

發電機保護主要由縱聯差動保護、復壓電壓啟動過電流保護、失磁保護、過勵保護、定子過電壓保護、過負荷保護、轉子一點接地保護、定子單相接地保護、電壓互感器斷線保護等構成。

1 事故經過

2009年5月19日,1～4號發電機10 kV廠區1線1011、2線1012,110 kV烏和線1929、烏拉線1918、烏兵線1925運行,1號、2號主變、1號廠變運行,2號廠變停運。13：51,烏拉線1918側發生短路故障,引起2號發電機復合電壓啟動過電流Ⅱ段保護動作,導致110 kV烏拉線斷路器1918、110 kV烏兵線斷路器1925、110 kV母聯斷路器1150、1號發電機出口斷路器01DL、2號發電機出口斷路器02DL、10 kV廠區1線斷路器1011、1號廠變101CB跳閘,廠用電消失。

圖1 系統主接線圖

2 發電機復合電壓啟動過電流保護

根據系統主接線,將復合電壓啟動過電流保護（復壓過流保護）作為主變、廠變和10 kV廠區線路過電流保護的后備保護,二次原理如圖2所示。保護回路由負序電壓繼電器-KVN1、低電壓繼電器-KV1、電流繼電器（-KA1、-KA2、-KA3）、時間繼電器-KT1、信號繼電器-KS2構成。裝置動作情況如下。

a.當發生不對稱短路時,故障相電流繼電器動作,同時負序電壓繼電器動作,其動斷觸點斷開,使低電壓繼電器-KV1失壓,動斷觸點閉合,啟動時間繼電器-KT1。時間繼電器-KT1非延時常開觸點閉合,閉鎖記憶電流繼電器觸點回路, -KT1經整定延時啟動信號和跳閘回路,延時設為兩段,發電機復壓過流Ⅰ段和發電機復壓過流Ⅱ段。發電機復壓過流Ⅰ段跳母聯1150開關,復壓過流Ⅱ段跳主變差動,將主變兩側相關的斷路器全部斷開。

b.當發生對稱短路時,由于短路初始瞬間會出現短時負序電壓,-KVN1動作,使-KV1失去電壓。當負序電壓消失后,-KVN1返回,動斷觸點閉合,此時加于-KV1線圈上的電壓是對稱短路時的低電壓,只要該電壓小于低電壓繼電器返回電壓,-KV1不返回,-KV1動斷觸點閉合,電流繼電器動作,啟動時間繼電器-KT1。其他動作原理與不對稱短路時相同。

因此,復壓過流保護在發生對稱短路和不對稱短路時都有較高的靈敏度。

3 誤動原因

3.1 保護記錄

圖2 二次原理展開圖

表1 元件校驗結果

保護動作整定二次值：負序電壓為7 V,低電壓為80 V,過電流為4.8 A,TA變比為1 500/5 （A）,TV變比為10.5/0.1（kV）;動作時限過流Ⅰ段3.1 s、過流Ⅱ段3.4 s。

發電機保護動作后,烏拉線1918線路保護打印信息顯示距離保護啟動,距離電廠247.8 km,而本線路保護范圍為65.8 km,超出保護范圍,為區外故障,未跳閘,但該線路下一級線路BC相短路,該級保護已在故障發生0.5 s內切除故障。

3.2 誤動原因

根據保護配置原則,當外部發生短路時,如果故障點附近保護無法切除,就應1918烏拉線后備保護相間距離Ⅲ段動作（保護范圍為268 km）,而不應是發電機后備保護動作（過流Ⅰ段時間為3.1 s）。故障時間只持續了0.5 s,故1918相間距離Ⅲ段時間整定值為2.2 s,裝置雖然啟動,但時間未滿足跳閘要求而返回。因此,發電機復壓過流保護動作為越級跳閘。

對2號保護裝置過流保護元件進行校驗,校驗結果如表1所示。

由表1可以看出,電流繼電器、時間繼電器、低電壓繼電器動作值與整定值相符,電流繼電器和電壓繼電器返回系數滿足要求,但負序電壓繼電器定值與實際值有偏差。檢驗負序電壓繼電器動作整定值（采用模擬相間短路檢驗方法）,接線如圖3所示。

負序電壓繼電器在電力系統中能反映出三相不對稱電壓的負序電壓分量,可以采用模擬相間短路檢驗方法對負序電壓繼電器進行電氣性能檢驗,利用對稱分量法將三相不對稱相量分解成三組對稱分量（正序分量、負序分量和零序分量）。檢驗時將被試裝置輸入端任意兩相短接,模擬相間短路,然后與非短接極之間施加單相電壓。在負序電壓繼電器中有負序電壓分量,施加的檢驗電壓與負序電壓的關系：動作電壓=3×負序動作電壓。而檢驗時認為負序動作電壓=動作電壓,因此,檢驗時認為負序動作電壓為7 V,實際為7/3=4 V,導致負序電壓整定值低于保護定值。隨后對保護回路進行檢驗,現場跳閘邏輯符合規程要求。

圖3 模擬相間短路負序動作電壓檢驗接線圖

當1918線路外部發生短路時,發電機出口存在負序電壓,由于負序繼電器大于整定值（4.6 V）而啟動,導致低電壓繼電器-KV1失電閉合,同時引起電流繼電器KA2、KA3和時間繼電器-KT1動作,并使電流繼電器記憶。雖然故障點附近保護裝置在0.5 s內切除故障,電流繼電器返回,但由于電流記憶回路的存在及負序繼電器不能正確反映系統負序電壓,復壓過流保護一直無法返回,導致時間繼電器KT1的2個時間t1、t2滿足跳閘定值而越級跳閘。

4 處理措施

a.核對負序電壓繼電器整定值

按圖3接線對負序電壓繼電器進行檢驗,使其動作電壓為7 V×3=12.124 V,保證保護動作正確。

b.改變發電機復壓過流保護出口跳閘方式

圖4 改造后二次原理展開圖

由圖1主接線可以看出,發電機復壓過流Ⅱ段跳閘將導致110 kV烏拉線斷路器1918、烏兵線斷路器1925、母聯斷路器1150、1號發電機出口斷路器01DL、2號發電機出口斷路器02DL、10 kV廠區1線斷路器1011、1號廠變101CB 7個斷路器跳閘,跳閘范圍大,導致廠用電消失,直接危及設備安全,需改變跳閘方式。

復壓過流Ⅱ段由原來的跳主變差動改為跳發電機本側（發電機斷路器）。如圖4所示,復壓過流Ⅰ段跳閘邏輯仍然動作于母聯斷路器1150,以縮小故障范圍。

當發電機外部發生短路故障時,若在復壓過流時限內故障仍未切除,發電機斷路器動作,切斷流向短路點的短路電流。當某一臺機組復壓過流保護誤動時,只切除自身,不會使停電范圍擴大,從而提高了保護動作的選擇性。

c.拆除電流記憶回路

復壓過流保護作為發電機近后備保護時,自并勵發電機由于發電機的端部發生三相短路,電流衰減很快,故障電流在過流元件動作出口前就可能已經返回,而此時故障可能還存在,保護拒動,失去了后備保護的作用。因此,在復合電壓過流保護啟動后,過流元件需帶記憶功能,使保護能可靠動作出口。而復壓過流保護作為主變及其他相鄰設備的遠后備保護,按照要求不應設置電流記憶回路,在此次短路故障中,如沒有記憶回路,故障將被切除,即便負序電壓繼電器-KVN1沒有復歸,電流繼電器-KA 2、-KA 3復歸,之前啟動的時間繼電器也會返回,避免跳閘事故發生。因此,需要拆除復壓過流保護的電流記憶回路（見圖4）,低電壓繼電器動斷觸點-KV 1與電流繼電器-KA1、-KA2、KA3的動合觸點并聯,再與時間繼電器-KT動作線圈串聯。

5 結束語

此次誤跳閘的主要原因是對負序電壓繼電器的檢驗方法認識不夠,導致定值整定偏低,從而引發發電機復合電壓啟動過電流保護越級跳閘。經過重新核對矯正,并對相關回路進行改造,從根本上提高了保護動作的可靠性和選擇性。經1年多運行實踐證明,運行正常、動作可靠。隨著微機保護技術的不斷發展,微機保護在事故追憶、可靠性、正確性等方面有著常規保護不可比擬的優勢,常規繼電器型保護裝置已無法滿足電網發展的需要,因此,只有徹底將常規型保護微機化才是保證保護動作可靠的最佳措施。

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