主變高壓側過流保護動作的原因分析及處理

徐國華，龔建超

（華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江 天臺 317200）

0 設備概況

某抽水蓄能電廠共有4臺300MW 機組和4臺360 MVA主變，機端電壓18kV，機組和主變采用聯合單元接線，主變高壓側額定電壓520kV,500kV系統采用內橋接線方式，正常運行方式為500kV橋開關在合閘位置，500kV系統合環運行。電廠主接線如圖1。

圖1 主接線圖

主變保護采用奧地利ELIN公司的數字元件保護系統DRS（Digital relay System），具有人機接口和故障錄波功能，共有A，B兩套保護，主保護雙重配置，分別設置于兩塊保護盤內（+JB01，+JB02），通過主變保護盤的跳閘矩陣出口跳閘。

主變DRS保護裝置是一個全數字模塊保護系統，其核心為微處理控制單元VE，每套保護由4個處理器VE1～VE4組成，每個VE獨立工作，一個處理器的故障不影響其它處理器中保護的正常運行，提高了運行可靠性，處理器模塊之間互不影響。主變高壓側過流保護（51T-B）設置在B套VE3處理器中，是主變及其低壓側連接設備的后備保護。保護分兩段，按躲過勵磁涌流和主變空載運行工況電流并與相鄰后備保護配合整定，電流取自主變高壓側流變（變比為1250/1），采用過電流判別元件。其動作后果為：本組合單元兩臺機組跳GCB、FCB、停機、滅磁；跳相連廠變高壓開關和SFC輸入開關；跳500kV分段橋開關和本組合單元側的線路開關；啟動500kV線路開關和500kV分段橋開關失靈保護，閉鎖500kV線路開關重合閘，送監控總跳閘，故障錄波。

主變高壓側過流保護整定值如表1：

表1 主變高壓側過流保護原整定值

1 第一次動作情況及原因分析

某次，2號機按網調調度員命令發電開機，并網成功后，在帶負荷過程中（機組額定負荷300MW，已帶負荷150 MW），由于“2號主變保護B組過流保護51T.1/2-B1段動作”導致2號機事故停機，正在發電穩態運行的1號機也事故停機，500kV出線Ⅰ線路開關跳閘，500kV分段橋開關跳閘,10kV廠用電BZT動作切換正常。現場檢查和上位機信號相符，2號主變B組保護屏上主變過流保護51T.1/2-B跳閘指示燈亮，保護故障記錄和事件記錄表明主變過流保護1段動作，錄波表明主變高壓側二次B相電流達到0.14A左右，三相電流平衡，線電壓98.9V。事故跳閘相關設備檢查無異常，除2號主變外，其它設備無異常信號。

主變過流保護按設計要求僅作為降壓變壓器后備保護，在發電/電動機開關合上后應被閉鎖（由開關二次輔助接點啟動中間繼電器閉鎖）。保護動作時，2號機正在發電帶負荷過程中，發電機開關已合上，此時過流保護動作，實際負荷值為0.14A左右，超過整定值，保護動作出口，動作原因是因為機組開關合上后，其二次輔助接點丟失，沒有能夠正確閉鎖保護。

2 第二次動作情況及原因分析

某次，在進行500kV二單元復役操作合500kV出線II線路開關對500kV橋II引線及3號和4號主變充電時，4號主變保護B組過流保護51T.1/2-B2段動作，500kV出線II線路開關合閘后瞬時分開，合閘操作不成功。現場檢查一次設備正常，4號主變保護盤面顯示和上位機信號相符，經調取B組保護故障錄波波形和保護裝置事件記錄，發現4號主變高壓側勵磁涌流如下圖2所示（有效值），其中A相勵磁涌流初始達到0.477A，衰減到0.35A持續時間超過0.3s，主變高壓側過流保護51T.1/2-B2段定值為0.35A，延時0.3s（此定值和動作時間為2號主變高壓側過流保護動作后重新整定的），A相勵磁涌流已達到主變保護動作臨界值，保護跳閘。保護跳閘原因為過流保護沒有躲過主變勵磁涌流引起。

圖2 4號主變波形記錄圖

3 存在的問題

通過對以上兩次事故的分析，可知主變高壓側過流保護的設置存在以下問題：

3.1 閉鎖條件不夠可靠

機組開關合上后，由開關的一輔助接點去啟動中間繼電器閉鎖，如果這僅有的一接點或者中間繼電器出現問題，保護便不能被可靠閉鎖。而為了與相鄰后備保護相配合，保護整定值又不能太高，所以一旦保護沒有被閉鎖住，則其實際值就肯定會超過整定值，導致保護動作。

3.2 主變過流保護定值未能躲過勵磁涌流

2號主變的高壓側過流保護因閉鎖失敗動作后，根據設備的實際情況，將4臺主變過流保護的2段整定值做了修改。由于主變高壓側額定二次電流為：

計算式中：360MVA為主變的額定容量

520kV為主變高壓側額定電壓

1250為保護所取的主變高壓側的CT變比

而2段的原整定值只有0.3A，為了避免保護誤動將其由0.3A改成0.35A，延時時間也由0.2s提高至0.3s。但修改后4號主變高壓側過流保護還是因為沒有能夠躲過勵磁涌流而動作，證明勵磁涌流數據收集不充分，整定值仍需修改。

4 改進措施

針對主變高壓側過流保護存在的問題，并結合設備的實際情況采取了以下措施：

（1）原主變過流保護閉鎖條件為機組開關的一副輔助接點引入主變保護閉鎖，并且無信號上送監控。將閉鎖條件改為采用雙路機組開關位置接點，分別啟動兩個中間擴展繼電器，利用兩個擴展繼電器的輸出接點并聯后輸入保護裝置去閉鎖主變過流保護，并將閉鎖信號上送監控。新增的一幅接點增加了閉鎖的可靠性，閉鎖信號的上送則有助于對保護運行情況的監視和保護動作后對其動作原因的分析。主變過流保護閉鎖回路改進示意圖如圖3所示（以2號主變為例）：

圖3 主變過流保護閉鎖回路改進示意圖

（2）保護裝置防止誤動和拒動始終是無法兩全的，提高了整定值，降低了誤動的幾率，但亦即提高了保護拒動的幾率[1]。主變高壓側過流保護是當主變作升壓變壓器時退出（被閉鎖），作降壓變壓器時起作用，所以其定值的設置要按作降壓變壓器使用時和廠高變配合整定，既要考慮和相鄰后備保護配合的合理性，又要根據實際情況考慮能否躲過勵磁涌流。考慮到主變的主保護是雙重配置，拒動的幾率極低，所以以躲勵磁涌流為主。由于1段用作主變壓器高低壓側相間短路故障后備保護，為了躲勵磁涌流，需提高其整定值，而為了保證和相鄰后備保護的配合，應縮短其動作延時；2段保護范圍延伸到廠變高壓側，因此其整定值不能太高，保持不變，但為了躲過勵磁涌流，需延長其動作時間。重新修改過的整定值如表2：

2 主變高壓側過流保護新整定值

5 結語

抽水蓄能電站在電網中承擔調峰、填谷、調頻、調相以及事故備用任務，正發揮著越來越重要的作用[2]，主變的穩定運行對于抽水蓄能電廠以及整個電網都有著極為重要的意義。由于主變的主保護都是雙重配置，基本上能快速的反應主變的故障或不正常的運行狀態，并且能夠可靠動作，因此主變高壓側過流保護作為主變及其低壓側連接設備的后備保護，正確設置其定值，并保證其不誤動就顯得尤為重要。基于對兩起保護動作事故的原因分析和設備的實際情況采取的異動措施取得了預期的效果，也積累了相關經驗。

[1]賀家李，宋從矩.電力系統繼電保護原理[M].3 版.北京：中國電力出版社，2000.

[2]梅祖彥.抽水蓄能發電技術[M].北京：機械工業出版社，2005.