大橋電廠主變激磁涌流造成發(fā)電機(jī)差動保護(hù)誤動的分析及防范

許 鈞，劉朝云

(涼山州大橋水電開發(fā)總公司，四川西昌 615000)

1 概述

大橋電廠位于四川省冕寧縣境內(nèi)，具有年調(diào)節(jié)能力，于2000年6月28日建成投運(yùn)。電廠上游的大橋水庫總庫容為6.5億m3，興利庫容5.9億m3，調(diào)節(jié)性能十分良好，在枯水期可對四川主網(wǎng)的攀西電網(wǎng)進(jìn)行調(diào)頻、調(diào)峰。大橋電廠裝機(jī)4×22.5MW，總裝機(jī)容量為90MW，通過一條220 kV橋棉線接入四川主網(wǎng)，線路全長74.9km;另一條110kV大南線接入攀西電網(wǎng)，線路全長11 km。電廠的主接線方式為擴(kuò)大單元接線。正常運(yùn)行方式為4臺機(jī)組發(fā)電經(jīng)主變升壓后，通過220kV橋棉線并入四川電網(wǎng)運(yùn)行;在枯水期或電網(wǎng)需要時，11F、12F機(jī)組通過220kV橋棉線接入四川主網(wǎng)運(yùn)行，13F、14F機(jī)組通過110kV大南線接入攀西電網(wǎng)運(yùn)行。

大橋電廠的11F、12F發(fā)電機(jī)組和11B主變構(gòu)成Ⅰ段擴(kuò)大單元發(fā)變組接線，13F、14F發(fā)電機(jī)組和12B主變構(gòu)成Ⅱ段擴(kuò)大單元發(fā)變組接線。兩臺主變保護(hù)裝置是由許昌繼電器廠生產(chǎn)的WHB—100型保護(hù)裝置，4臺發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置是由許昌繼電器廠生產(chǎn)的WFB—100型保護(hù)裝置。在多年的運(yùn)行過程中，保護(hù)裝置的性能良好，運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。但是，在運(yùn)行過程中，先后兩次出現(xiàn)對12B主變進(jìn)行空載充電時引起11F發(fā)電機(jī)差動保護(hù)動作，跳發(fā)電機(jī)出口開關(guān)，甩20MW負(fù)荷的故障現(xiàn)象。其中，以2006年8月14日11F發(fā)電機(jī)差動保護(hù)動作跳閘較為典型。筆者對此進(jìn)行了探討與分析。

2 運(yùn)行方式、電氣主接線及現(xiàn)場情況

2.1 電氣設(shè)備型號及參數(shù)

11F主變的型號:SFP9－63000/220

接線組別:Y/Δ

12F主變的型號:SFP9－90000/220

接線組別:Y/Y/Δ

發(fā)電機(jī)型號:SF22.5－10/3250

容量:22.5MW

電壓等級:10.5kV

發(fā)電機(jī)機(jī)端側(cè)CT型號:LZZBJ9－10GY

變比:2000/5A

發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)CT型號:LAJ－10

變比:2000/5A

2.2 電氣一次主接線的接線方式

接線方式見圖1。

2.3 現(xiàn)場設(shè)備的運(yùn)行方式

在對12B主變進(jìn)行充電前的運(yùn)行方式為:斷路器QF101、QF201、QF251處于合閘位置，斷路器QF102、QF103、QF104、QF202、QF151處于分閘位置，兩臺主變的中性點(diǎn)地刀G2019、G2029、G1029處于合閘位置，11F發(fā)電機(jī)通過11B主變帶20MW的負(fù)荷，并入220kV電網(wǎng)運(yùn)行。12F發(fā)電機(jī)、13F發(fā)電機(jī)、14F發(fā)電機(jī)處于停機(jī)態(tài)。

2.4 接調(diào)度命令合斷路器QF202開關(guān)，對12B主變進(jìn)行空載充電時保護(hù)裝置的動作情況

2006年8月14日晚，接調(diào)度命令合斷路器QF202，對12B主變進(jìn)行空載充電，21時46分13秒11F發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置的差動保護(hù)動作，跳出口斷路器QF101開關(guān)，甩負(fù)荷20MW.

圖1 12B主變充電引起11F、11B保護(hù)誤跳的潮流圖

表1 差動保護(hù)動作量與發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時的參數(shù)對照表

3 11F發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置動作原因分析

3.1 發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置差動保護(hù)動作情況

11F發(fā)電機(jī)差動保護(hù)動作后，從微機(jī)保護(hù)裝置中打印出的故障信息可以看出，11F發(fā)電機(jī)A、C兩相的動作量為1.039A和1.448A。通過與表1中正常運(yùn)行參數(shù)相比較，A、C兩相的電流值已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常運(yùn)行參數(shù)值，已經(jīng)達(dá)到了差動保護(hù)最小動作電流整定值，因此，必將引起差動保護(hù)動作。為了證實(shí)保護(hù)裝置運(yùn)行是否正常，差動保護(hù)是否是誤動，在11F發(fā)電機(jī)跳閘甩負(fù)荷后的第一時間，我們立即停運(yùn)了11F發(fā)電機(jī)，并對11F發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置進(jìn)行了全面檢查，用外加故障量的方法對保護(hù)裝置進(jìn)行調(diào)試，以差動保護(hù)最小動作電流整定值為依據(jù)，外加故障量校驗(yàn)差動保護(hù)的功能，找出了差動保護(hù)的動作邊界，作出了圖形并與保護(hù)裝置技術(shù)說明書中的參數(shù)相比較，判定保護(hù)裝置正常，差動保護(hù)確實(shí)動作。從保護(hù)區(qū)的范圍看，差動保護(hù)區(qū)的范圍已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了發(fā)電機(jī)機(jī)端CT的安裝地點(diǎn)，已到達(dá)變壓器處，屬于區(qū)外故障，由此認(rèn)為發(fā)電機(jī)差動保護(hù)的最小動作電流整定值整定的過低，保護(hù)裝置是以強(qiáng)調(diào)差動保護(hù)靈敏性而犧牲可靠性為代價的，因此而造成了差動保護(hù)的動作。

3.2 引起發(fā)電機(jī)差動保護(hù)動作的原因

(1)如圖1所示，在合12B主變高壓側(cè)斷路器QF202對12B主變充電時，即12B主變空投的瞬間，產(chǎn)生了很大的勵磁涌流，此勵磁涌流包括兩部分:一部分由220kV系統(tǒng)提供，如圖1中的電流I1，另一部分由11F發(fā)電機(jī)提供，如圖1中的電流I2，且在并列運(yùn)行的11B主變上產(chǎn)生了和應(yīng)涌流。勵磁涌流的數(shù)值一般較大，本應(yīng)引起變壓器保護(hù)裝置的差動保護(hù)動作，但由于在變壓器差動保護(hù)中采用了比率制動的特性，增設(shè)了防涌流誤動的二次諧波閉鎖判據(jù)，并且在變壓器差動保護(hù)定值的整定中充分考慮了勵磁涌流對變壓器保護(hù)裝置的影響，已經(jīng)適當(dāng)提高了可靠系數(shù)用以避開變壓器產(chǎn)生的勵磁涌流，因此變壓器保護(hù)裝置的差動保護(hù)沒有動作。而對于11F發(fā)電機(jī)來說，這個電流突變的效果是穿越性的，必將在發(fā)電機(jī)的一、二次回路中產(chǎn)生影響，當(dāng)產(chǎn)生的勵磁涌流比較大時，對發(fā)電機(jī)來說，好似在發(fā)電機(jī)的保護(hù)區(qū)外出現(xiàn)了短路故障，如果勵磁涌流越大，則呈現(xiàn)出的短路故障現(xiàn)象越明顯;當(dāng)11F發(fā)電機(jī)機(jī)端和中性點(diǎn)兩側(cè)的CT型號、參數(shù)以及暫態(tài)特性不一致時，在12B主變空投出現(xiàn)暫態(tài)飽和的暫態(tài)過程中，在11F發(fā)電機(jī)保護(hù)差動回路中產(chǎn)生了差流，該差流的大小以及11F發(fā)電機(jī)機(jī)端和中性點(diǎn)兩側(cè)的CT暫態(tài)特性不一致的程度與CT負(fù)荷等因素有關(guān)，當(dāng)差流達(dá)到差動保護(hù)最小動作電流整定值時，引起了11F發(fā)電機(jī)差動保護(hù)動作。

(2)差動保護(hù)動作的另外一個原因是其整定值過小。設(shè)計(jì)人員在定值整定計(jì)算時，完全照搬“大機(jī)組整定導(dǎo)則”來整定，其原因是多方面的。其中一個最主要、最直接的原因是小機(jī)組從設(shè)計(jì)、制造工藝到現(xiàn)場安裝等各方面都不如大機(jī)組嚴(yán)格。對于小型發(fā)電機(jī)的差動保護(hù)，整定值的可靠系數(shù)一般取0.4～0.6倍比較恰當(dāng)，而大橋電廠11F發(fā)電機(jī)差動保護(hù)的定值系數(shù)則取為0.22，顯然偏小。因此，差動保護(hù)就會在勵磁涌流較大時靈敏的動作。

4 防止勵磁涌流及和應(yīng)涌流產(chǎn)生時發(fā)電機(jī)差動保護(hù)動作的策略

(1)適當(dāng)提高發(fā)電機(jī)差動保護(hù)的最小動作電流定值，將差動保護(hù)動作值的可靠系數(shù)從0.22提高至0.42，即最小動作電流 從 0.806A提 高 到1.5288A，此時對發(fā)電機(jī)差動保護(hù)的靈敏度進(jìn)行校驗(yàn)如下:

通過計(jì)算得短路電流Idf·min(2)=4642(A)，因此靈敏度為:

顯然，靈敏度滿足要求。由此可見，上述差動保護(hù)定值調(diào)整的方案不影響差動保護(hù)的靈敏性，完全是可行的。

(2)對12B主變進(jìn)行充電時，在12B主變中性點(diǎn)接地的情況下，將與12B主變并聯(lián)運(yùn)行且處于運(yùn)行態(tài)的主變11B的中性點(diǎn)地刀G2019拉開，消除和應(yīng)涌流。由于和應(yīng)涌流是通過兩臺并聯(lián)運(yùn)行變壓器的中性點(diǎn)構(gòu)成回路的，在拉開運(yùn)行的主變11B中性點(diǎn)地刀G2019后，可以達(dá)到阻斷和應(yīng)涌流通道的目的，防止涌流的增大，避免11F發(fā)電機(jī)差動保護(hù)動作。但是，在采用這種方式時，雖然可以消除和應(yīng)涌流的影響，卻出現(xiàn)了一個新的問題，就是在拉開運(yùn)行的主變11B中性點(diǎn)地刀G2019后，會出現(xiàn)主變11B中性點(diǎn)沒有接地的問題:一是對主變11B零序電流保護(hù)有影響;二是在這種短時間退出地刀的時間段，如果系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓又該怎么辦呢?這時，我們必須將主變11B的零序電流電壓保護(hù)投入，如出現(xiàn)過電壓且當(dāng)過電壓值達(dá)到一定值時，會將中性點(diǎn)間隙擊穿，此時變壓器的零序電流電壓保護(hù)會動作，使系統(tǒng)在出現(xiàn)過電壓時零序電流電壓保護(hù)能有效地保護(hù)變壓器進(jìn)而消除過電壓的危害。

5 結(jié)語

變壓器在空投過程中產(chǎn)生勵磁涌流的情況下，和應(yīng)涌流伴隨發(fā)生的情況比較普遍。而在電力系統(tǒng)中，為了零序網(wǎng)絡(luò)的需要，對于并聯(lián)運(yùn)行的變壓器，一般只要求一臺變壓器的中性點(diǎn)接地，另一臺變壓器的中性點(diǎn)不接地。但在一臺變壓器并入220kV系統(tǒng)運(yùn)行，另一臺變壓器由停運(yùn)態(tài)轉(zhuǎn)為運(yùn)行態(tài)的過程中，將出現(xiàn)兩臺變壓器的中性點(diǎn)同時接地的情況。為防止勵磁涌流的產(chǎn)生及和應(yīng)涌流的疊加，在發(fā)電機(jī)CT二次側(cè)出現(xiàn)差流，造成發(fā)電機(jī)差動保護(hù)誤動，可將兩臺變壓器中性點(diǎn)接地方式改為一臺接地。另一方面，在發(fā)電機(jī)、變壓器差動保護(hù)的整定計(jì)算中，要充分考慮差動保護(hù)躲勵磁涌流的情況，在滿足靈敏性的前題下，適當(dāng)提高差動保護(hù)的最小動作值，由此來避免變壓器空載投運(yùn)時發(fā)電機(jī)變壓器差動保護(hù)的誤動作。

［1］潘和勛.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理［M］.成都:成都科技大學(xué)出版社，1996.

［2］劉正山.發(fā)電廠電氣設(shè)計(jì)和計(jì)算［M］.成都:成都科技大學(xué)出版社，1994.

［3］王維儉.發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)應(yīng)用［M］.北京:中國電力出版社，2005.