發電機縱聯差動保護誤動原因分析

王安甫，徐 明

(1.重慶建峰工業集團有限公司建峰熱電廠，重慶408601;2.重慶電力高等?？茖W校，重慶400053)

0 前言

建峰熱電廠是上市公司建峰化工的配套自備電廠，鍋爐采用高溫高壓循環流化床鍋爐，以抽氣供熱為主。本文通過對一起事故的分析，找出差動保護誤動的原因，提出改進方法，確保保護動作的可靠性。

1 事故經過

建峰熱電廠共有3臺機組，1#、2#機組容量為15MW，3#機組容量為25MW。2007年6月29日，3#機組因故停運，1#、2#機組降負荷運行，下網4.5 MW。11時23分，主控室照明燈突然一暗，事故喇叭響。隨后檢查為熱電廠與系統并網的出線開關122距離保護動作跳閘，122開關保護裝置動作顯示值為11時23分05秒592毫秒，122開關保護啟動，14ms零序I段出口，電流為49A;32ms接地距離I段出口X為0.1416Ω，R 為0.3086Ω，C相接地。同時，1#發電機縱差保護動作，差動電流為4.469A，制動電流6A，瞬時跳掉1#發電機。1#發電機跳閘后，2#發電機所能發出的無功功率出現了很大的缺口，2#發電機機端電壓急劇下降，2#發電機勵磁調節器在強勵2次均不能成功的情況下自動逆變滅磁，此時已造成全廠失電。根據事故現象分析，1#發電機縱差保護動作是由于保護區外的系統輸電線路接地故障引起的誤動。當系統發生接地故障時，1#發電機差動保護與122距離保護幾乎同時啟動，時限均為0s。

2 原因分析

眾所周知，發電機的縱差保護是反應發電機定子及其引出線的相間短路，是發電機的主要保護。建峰熱電廠1#發電機差動保護為CSC-306發電機保護裝置。繼電保護要求對于保護區內的故障，應迅速切除故障，而對于保護區外的故障，保護不應動作。很顯然，此次1#發電機縱差保護動作是誤動。在分析誤動原因之前，讓我們先來看一下CSC-306發電機縱差保護原理。

1)CSC-306發電機縱差保護的原理是基于比較發電機中性點及機端電流大小和相位，當兩者的電流差達到動作值，差動保護動作，跳開發電機機端斷路器。為實現這種比較，在發電機兩端各裝一組相同型號和相同變比的電流互感器，如圖1。發電機縱差保護采集到發電機中性點及機端電流信號后，進行差動電流和制動電流計算。

1 發電機完全縱差保護的交流接入回路示意圖

Izd——差動電流

Izd——制動電流

其動作特性方程為:

Icd≥Idz0

Izd＜Izd0

Idz0——差動電流起始值

Kzd——比率制動斜率

Izd0—— 拐點電流

正常運行或區外故障時，發電機兩端的電流IT和IN的方向如圖1所示，

保護不動作。

內部故障時，

Icd≥Idz0或Icd≥Kzd(Izd-Izd0)+Idz0成立，保護動作，跳開發電機開關。

2)事故后，調出1#發電機保護裝置CSC-306故障錄波圖，如圖2所示。

圖2 1#發電機保護裝置故障錄波圖

IGNA、IGNB、IGNC 是發電機中性點側 A、B、C三相電流，IGTA、IGTB、IGTC是發電機機端 A、B、C三相電流。很明顯，發電機兩側電流曲線在發生故障后不一致，當差流值與制動電流達到整定值，即圖中綠線時刻，便發生發電機差動單相動作。經過調閱故障錄波圖，為我們分析差動保護誤動原因指明了方向。事故后，我們分別對1#發電機差動保護回路及保護裝置進行了檢查。現場檢查發現中性點處差動保護回路1LH用的是測量表計用的電流互感器，且差動保護回路1LH中又串入了故障濾波裝置的輸入部分。

3)1#發電機保護配置如圖3所示。

差動保護兩側電流互感器變比為2500/5。圖3中發電機中性點側1LH、2LH型號是LMCD-10，容量為50VA，為重慶嘉陵互感器廠生產。1LH為0.5級，2LH為D級。發電機機端側7LH、8LH型號均為LMZBJ1-10W1，7LH為10P15級，8LH也為10P15級。用于差動保護的兩側電流互感器1LH、8LH及用于測量的2LH伏安特性見表1，根據表1繪制的伏安特性曲線如圖4所示。

圖3 1#發電機保護配置

表1 2LH伏安特性

圖4 1LH、2LH、8LH的伏安特性曲線

由圖4可明顯看出，發電機中性點側1LH電流互感器飽和電壓過低，約為70V，而發電機機端側8LH電流互感器飽和電壓約為280V。正常運行時，差動回路兩側電流互感器1LH、8LH中流過正常負荷電流，兩側電流互感器都工作在線性區，差動繼電器中流過的電流接近于0。當系統外線路發生兩相接地短路故障時，一次電流突然增大，由于兩側電流互感器伏安特性相差較大，機端側8LH工作在線性區，而中性點側1LH工作在飽和區，這樣就有較大的不平衡電流流過差動回路，當不平衡電流達到`整定值時，差動保護將誤動作。這次發電機差動保護誤動作的主要原因是施工單位錯將儀表用1LH用于差動保護。測量用和保護用兩類電流互感器的工作范圍和性能差別很大，一般情況下，0.2級、0.5級準確度繞組應接電能計量儀表，而P級準確度繞組應接繼電保護電路。測量級CT為了保證精度，需要選用易飽和類型的CT，在發生短路故障時，由于計量繞組鐵心設計時保證在短路電流超過額定電流的一定倍數時，鐵心飽和，限制了二次電流增長，以保護儀表。而繼電保護繞組鐵心設計成不易飽和，二次電流隨短路電流相應增大，要求保護用的電流互感器在通過15倍甚至是20倍額定電流的情況下，誤差不超過5%或10%，即不出現飽和，以使繼電保護準確動作。用2LH取代1LH于差動保護，由表1及圖4可以看出，由于2LH的飽和電壓遠低于8LH，2LH也不能滿足要求。

差動保護動作電流取各分支電流的向量和，稱為差電流，從差動保護的要求來說，其差動保護幾側的CT的特性應完全一致，負載阻抗相同，剩磁相同，最大程度上減輕不平衡電流，提高靈敏度。當發電機發生最嚴重的區外故障，即發生發電機出口三相短路時，其三相短路電流為

式中:X″d——發電機直軸超瞬態電抗;

Se——發電機額定容量;

Ue——發電機額定電壓。

折算到電流互感器二次側電流有效值為26.44A。(13220/500=26.24A)峰值為 37.39A。1LH電流互感器二次負載實測值為:1.86Ω(串故障錄波裝置);而差動保護機端8LH二次負載實測值為:1.35Ω(未串故障錄波裝置)，假設當保護區外發生三相短路故障時，1LH工作在線性區，則電流互感器二次側電壓為:37.39×1.86=70V，此電壓值接近是圖4中1LH的飽和電壓，說明在保護區外發生最大短路故障時，1LH已飽和，在保護區外發生短路故障時，流過差動回路的不平衡電流會增大，可能會超過保護定值，使保護誤動作。

4)讓我們來看一下保護定值是否存在問題。本廠1#發電機是帶比率制動斜率的完全縱差保護，其定值如下:

縱差最小動作電流:1.0A;

縱差拐點電流定值:2.75A;

縱差特性斜率:0.4。

根據以上定值可畫出縱差保護動作特性，如圖5折線P所示。

圖5 帶比率制動特性的發電機縱差保護動作特性

我們查閱了1#發電機保護裝置CSC-306的說明書，發現原定值偏小。對于縱差最小動作電流，由于本廠發電機差動保護兩側CT特性不一致，根據說明書，應整定為 0.4IGe，即 0.4×1718/500=1.37A;縱差拐點電流應整定為0.8IGe，即0.8×1718/500=2.75A;縱差特性斜率由于本廠發電機差動保護兩側CT特性不一致，應整定為0.5。由此可在圖5中畫出根據保護裝置說明書給出的新縱差保護動作特性，折線P'?？梢钥闯觯瑑蓷l折線中間的部分即是使用原定值比新定值多動作的區域。也就是說，原定值比新定值更容易動作。

3 處理措施

1)將發電機中性點處的1LH更換成與機端8LH同型號、同廠家，且伏安特性接近的電流互感器。

2)測試差動保護電流互感器的二次負載阻抗應滿足要求，且差動二次回路上不應再串接其他電流元件(如故障錄波)，兩側負載阻抗應相同。

3)對差動保護電流互感器必須進行定期校驗，兩側的電流互感器伏安特性應接近。

4)對于差動保護定值應根據現場實際情況進行校驗核對。

4 結論

2007年9月29日9時24分，110kV系統出線122開關距離保護零序Ⅰ段動作，動作電流44A，測距2.4km，C相接地。此次故障122開關正常跳開，其它電氣系統運行穩定，沒有誤動。調出1#發電機保護裝置CSC-306故障濾波如圖6所示。

圖6 1#發電機保護裝置故障錄波圖

從圖6中可明顯看出，在故障前后，差動回路的兩組電流互感器所反映的二次電流是一致的，電流波形未發生畸變，差動保護未發生誤動作，措施合理有效。

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