水力發電廠繼電保護的運行及分析

摘要：文章以某水利樞紐工程的火力發電站為例，結合發電站在廠用變、主變壓器、發電機組、2回線路等都配備有繼電保護裝置分析變壓器故障，針對發電廠繼電保護運行中的具體問題提出了相應的解決對策。

關鍵詞：水力發電廠；繼電保護；運行分析

中圖分類號：TM711文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）24-0113-03

某水利樞紐工程是一個低水頭大流量水力發電站，該電廠總的裝機容量是3×15MW，都是臥軸燈泡貫流式發電機組，在廠用變、主變壓器、發電機組、2回線路等都配備有繼電保護裝置。6.3kV系統使用的是單母線分段接線的方式，也就是在#1機組采用的是6.3kVⅠ段的母線，#2機采用的是6.3kVⅡ段的母線。在實際的運行過程中，且#1機組、#1主變、#2機組、#2主變一起運行的時候，601QF、301QF、6031QS、602QF、302QF、6042QS隔離小車位于合位，在3001QS的母聯隔離開關則設置在分位；#1機組、#2機組分別經宜坪Ⅰ303線路、宜坪Ⅱ304線路送古宜變與當地市電網并網運行，生產用電由606QF、605QF送#2、#1廠變提供；依據該縣城所被管轄的直轄市的供電局規定的繼電保護定值來確定兩回出線保護的定值。

該水力發電廠的繼電保護裝置是由葛洲壩電廠能達公司及華中理工大學合作研發的發電機變壓器構成套保護裝置。這套繼電保護裝置是通過幾個獨立系統所構成，包括有出口層、功能子系統及管理機系統。而在電氣結構上面，幾個獨立系統間是相對獨立的，系統間必要聯接的地方通過光電進行隔離。裝置硬件使用的是V40系統Ⅱ工業控制系統及STD標準總線，這個系統具有較高的可靠性及較寬的適應范圍，配備有優良的人機界面，在硬件升級方面也非常便利。整個保護裝置配備模塊化保護軟件，設計靈活、合理，能適應不同容量的變壓器組、發電機的保護需求，還能單獨適應廠用變壓器、發電機、勵磁變壓器、變壓器的保護要求。

1故障分析

“1#主變壓器差動”出現了6次保護動作，在其保護的范圍之內出現了“合”位斷路器事故跳閘。當空載運行主變壓器的時候，出現了“#1主變壓器差動元件故障”的信號使得繼電器出現了掉牌的故障，通過復歸保護裝置之后運行正常，所以這個差動保護的現象視為誤動作。

1.1主變壓器差動保護原理

該廠保護裝置采用的是單項式，這種設備的原理是利用差電流原理，晶體管元件是檢測回路的主要構件。把被保護的裝置每側電流互感器的二次電流引進保護裝置里面，當主變壓器的內部構件發生故障的時候，被引進裝置的電流及流出裝置的電流出現差值的時候，差電流的保護動作也就出現了，發出保護動作信號，發電機跳閘。

1.2故障檢測及分析

1.2.1檢測電流互感器的二次回路絕緣、二次回路接線的極性與接線方法。首先檢測的是二次回路絕緣，但是檢測的結果顯示并無異常，主變壓器每側在“合”位的時候，其被引入的電流和流出裝置的電流值之間相位差也正常。

1.2.2檢測差動回路接地點。當檢測差動回路接地點的時候，#1主變壓器的差動回路在Y型接線的各個電流互感器二次側一點接地，差動回路存在多點接地現象。

1.3差動設備校驗

1.3.1保護定值檢查。A、B、C三相差流值到達1.5A的時候保護出口；差流值出現在0.4～0.9A之間的時候，“差動元件故障”的信號就從保護裝置中發出。動作值和定值相符的時候，發“差動元件故障”信號是誤信號。

1.3.2裝置特性檢測。

1.3.3檢測差流。當機組正常運行的時候，檢測出差動裝置兩邊的電流為1.06A與1.0A，兩邊線路的差流值大約為0.06A，而裝置整定插頭位置5.0（2LH）與3.5（1LH）不能滿足N1/N2=I1/I2的關系。

1.3.4檢測諧波制動系數。設施二次諧波制動系數為12.13%，檢測前兩年的檢測記錄，其制動系數分別為18.5%及17.6%，表明諧波制動回路里面有些構件的特性已經出現偏差。

1.410kVⅠ段母線檢測

經檢測發現10kVⅠ段母線數屬于絕緣電阻，同時經過42kV交流耐壓的測試以后也并無不正常的現象出現。

1.5分析差動保護誤動作的因由

1.5.1差動裝置沒有經過完善的調試。雖然裝置規定整定值是1.5A，然而由于整定插頭的位置不能適應1.5A的要求，所以出現整定值不穩定的故障。去除區外故障又或者是在變壓器空投的時候，會有較大的勵磁涌流和不平衡電流出現，因為裝置的問題不能平衡2LH與1LH之間的電流，同時添上機組運行狀況良好的時候所出現的0.06A的差流值，也就讓流出裝置電流與引入裝置的電流之間的差額值已經達到了1.5A，裝置不能辨別區外故障與區內故障，這就致使保護裝置出口，這就是導致保護裝置發出誤動作信號的最重要的原因。

1.5.2在主變壓器高壓側的兩個電流互感器無相匹配。主變壓器高壓側的1150與1925斷路器所采用的伏安特性、電流互感器型號不相同，當外部短路故障發生的時候，1925上所采用的LRD-110型電流互感器非常輕易就出現飽和的狀態，最終致使保護裝置發出誤動作信號。

1.5.3差動回路有幾個點接地的現象。

2解決對策

（1）在實際運行的時候要注意電流互感器是否相匹配的問題，如果發現電流互感器不相匹配的時候，一定要及時處理好。

（2）由于差動回路有幾點接地的現象而致使出現分流，又或者是在差動保護電流互感器的接地附近開展電焊作業的時候出現裝置的拒動、誤動。為了防止這種故障的發生，在電流互感器的二次回路變更為控制室一點接地的方法。

（3）依據運行狀況良好的時候設備的差流的關系為N1/N2=I1/I2，調整1LH插頭位置到5.0，再次測試保護裝置。

經過上面兩個方法處理之后，當運行方式改變（在#1變壓器空載運行，高壓側斷路器“合”位、低壓側斷路器在“分”位運行）時，#1主變壓器出現差動保護動作。出現這個故障之后，再次進行了整套的檢測工作。檢測到當變壓器的高壓側電流互感器極性的時候，1925與1150這兩個電流互感器之間出現240度的相位差，這跟檢測數據和運行方法相較發現相位差偏大值達到60°，其余的檢測項目都無異常發現，表明高壓側互感器Y/△轉換有異常。為此，要尋找一種解決矛盾的方法，使得電流互感器既有足夠的反饋深度，而又不產生差動保護動作，這就需要采用相位補償技術。

經過研究得知，因為二次電流的相位不一樣，在外部故障、符合大幅度波動與正常運行的時候同樣也會產生一個差流被引入保護裝置中，致使保護裝置出現誤動作。通過幾次的試驗，為了使1150和1925電流互感器的各個相位差滿足規定的范圍，采用滯后補償及超前補償相結合的方法，再次調整了高壓側互感器Y/△轉換。

（4）經過檢測，發現#1主變壓器差動保護出現誤動作的原因，在經過處理之后，運行的安全性及可靠性明顯增強，為機組的安全運行提供了有力的保障。

（5）二次諧波制動系數為12.13%，與規定的諧波制動系數相比較，偏低15%～20%。這對變壓器空投有利，然而當內部出現故障的時候，有可能會導致主元件動作時間延遲數毫秒，對實際運行沒有損害。

參考文獻

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作者簡介：孫紅軍（1969-），男，供職于大慶石化公司熱電廠，研究方向：熱能動力。

（責任編輯：周瓊）