大橋電廠主變激磁涌流造成發電機差動保護誤動的分析及防范

許 鈞，劉朝云

(涼山州大橋水電開發總公司，四川西昌 615000)

1 概述

大橋電廠位于四川省冕寧縣境內，具有年調節能力，于2000年6月28日建成投運。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，調節性能十分良好，在枯水期可對四川主網的攀西電網進行調頻、調峰。大橋電廠裝機4×22.5MW，總裝機容量為90MW，通過一條220 kV橋棉線接入四川主網，線路全長74.9km;另一條110kV大南線接入攀西電網，線路全長11 km。電廠的主接線方式為擴大單元接線。正常運行方式為4臺機組發電經主變升壓后，通過220kV橋棉線并入四川電網運行;在枯水期或電網需要時，11F、12F機組通過220kV橋棉線接入四川主網運行，13F、14F機組通過110kV大南線接入攀西電網運行。

大橋電廠的11F、12F發電機組和11B主變構成Ⅰ段擴大單元發變組接線，13F、14F發電機組和12B主變構成Ⅱ段擴大單元發變組接線。兩臺主變保護裝置是由許昌繼電器廠生產的WHB—100型保護裝置，4臺發電機保護裝置是由許昌繼電器廠生產的WFB—100型保護裝置。在多年的運行過程中，保護裝置的性能良好，運行穩定、可靠。但是，在運行過程中，先后兩次出現對12B主變進行空載充電時引起11F發電機差動保護動作，跳發電機出口開關，甩20MW負荷的故障現象。其中，以2006年8月14日11F發電機差動保護動作跳閘較為典型。筆者對此進行了探討與分析。

2 運行方式、電氣主接線及現場情況

2.1 電氣設備型號及參數

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

發電機型號:SF22.5－10/3250

容量:22.5MW

電壓等級:10.5kV

發電機機端側CT型號:LZZBJ9－10GY

變比:2000/5A

發電機中性點側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 現場設備的運行方式

在對12B主變進行充電前的運行方式為: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，兩臺主變的中性點地刀G2019、G2029、G1029處于合閘位置，11F發電機通過11B主變帶20MW的負荷，并入220kV電網運行。12F發電機、13F發電機、14F發電機處于停機態。

2.4 接調度命令合斷路器QF202開關，對12B主變進行空載充電時保護裝置的動作情況

2006年8月14日晚，接調度命令合斷路器QF202，對12B主變進行空載充電，21時46分13秒11F發電機保護裝置的差動保護動作，跳出口斷路器QF101開關，甩負荷20MW.

圖1 12B主變充電引起11F、11B保護誤跳的潮流圖

表1 差動保護動作量與發電機正常運行時的參數對照表

3 11F發電機保護裝置動作原因分析

3.1 發電機保護裝置差動保護動作情況

11F發電機差動保護動作后，從微機保護裝置中打印出的故障信息可以看出，11F發電機A、C兩相的動作量為1.039A和1.448A。通過與表1中正常運行參數相比較，A、C兩相的電流值已遠遠超過正常運行參數值，已經達到了差動保護最小動作電流整定值，因此，必將引起差動保護動作。為了證實保護裝置運行是否正常，差動保護是否是誤動，在11F發電機跳閘甩負荷后的第一時間，我們立即停運了11F發電機，并對11F發電機保護裝置進行了全面檢查，用外加故障量的方法對保護裝置進行調試，以差動保護最小動作電流整定值為依據，外加故障量校驗差動保護的功能，找出了差動保護的動作邊界，作出了圖形并與保護裝置技術說明書中的參數相比較，判定保護裝置正常，差動保護確實動作。從保護區的范圍看，差動保護區的范圍已遠遠超出了發電機機端CT的安裝地點，已到達變壓器處，屬于區外故障，由此認為發電機差動保護的最小動作電流整定值整定的過低，保護裝置是以強調差動保護靈敏性而犧牲可靠性為代價的，因此而造成了差動保護的動作。

3.2 引起發電機差動保護動作的原因

(1)如圖1所示，在合12B主變高壓側斷路器QF202對12B主變充電時，即12B主變空投的瞬間，產生了很大的勵磁涌流，此勵磁涌流包括兩部分:一部分由220kV系統提供，如圖1中的電流I1，另一部分由11F發電機提供，如圖1中的電流I2，且在并列運行的11B主變上產生了和應涌流。勵磁涌流的數值一般較大，本應引起變壓器保護裝置的差動保護動作，但由于在變壓器差動保護中采用了比率制動的特性，增設了防涌流誤動的二次諧波閉鎖判據，并且在變壓器差動保護定值的整定中充分考慮了勵磁涌流對變壓器保護裝置的影響，已經適當提高了可靠系數用以避開變壓器產生的勵磁涌流，因此變壓器保護裝置的差動保護沒有動作。而對于11F發電機來說，這個電流突變的效果是穿越性的，必將在發電機的一、二次回路中產生影響，當產生的勵磁涌流比較大時，對發電機來說，好似在發電機的保護區外出現了短路故障，如果勵磁涌流越大，則呈現出的短路故障現象越明顯;當11F發電機機端和中性點兩側的CT型號、參數以及暫態特性不一致時，在12B主變空投出現暫態飽和的暫態過程中，在11F發電機保護差動回路中產生了差流，該差流的大小以及11F發電機機端和中性點兩側的CT暫態特性不一致的程度與CT負荷等因素有關，當差流達到差動保護最小動作電流整定值時，引起了11F發電機差動保護動作。

(2)差動保護動作的另外一個原因是其整定值過小。設計人員在定值整定計算時，完全照搬“大機組整定導則”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組從設計、制造工藝到現場安裝等各方面都不如大機組嚴格。對于小型發電機的差動保護，整定值的可靠系數一般取0.4～0.6倍比較恰當，而大橋電廠11F發電機差動保護的定值系數則取為0.22，顯然偏小。因此，差動保護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涌流產生時發電機差動保護動作的策略

(1)適當提高發電機差動保護的最小動作電流定值，將差動保護動作值的可靠系數從0.22提高至0.42，即最小動作電流 從 0.806A提 高 到1.5288A，此時對發電機差動保護的靈敏度進行校驗如下:

通過計算得短路電流Idf·min(2)=4642(A)，因此靈敏度為:

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

(2)對12B主變進行充電時，在12B主變中性點接地的情況下，將與12B主變并聯運行且處于運行態的主變11B的中性點地刀G2019拉開，消除和應涌流。由于和應涌流是通過兩臺并聯運行變壓器的中性點構成回路的，在拉開運行的主變11B中性點地刀G2019后，可以達到阻斷和應涌流通道的目的，防止涌流的增大，避免11F發電機差動保護動作。但是，在采用這種方式時，雖然可以消除和應涌流的影響，卻出現了一個新的問題，就是在拉開運行的主變11B中性點地刀G2019后，會出現主變11B中性點沒有接地的問題:一是對主變11B零序電流保護有影響;二是在這種短時間退出地刀的時間段，如果系統出現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投入，如出現過電壓且當過電壓值達到一定值時，會將中性點間隙擊穿，此時變壓器的零序電流電壓保護會動作，使系統在出現過電壓時零序電流電壓保護能有效地保護變壓器進而消除過電壓的危害。

5 結語

變壓器在空投過程中產生勵磁涌流的情況下，和應涌流伴隨發生的情況比較普遍。而在電力系統中，為了零序網絡的需要，對于并聯運行的變壓器，一般只要求一臺變壓器的中性點接地，另一臺變壓器的中性點不接地。但在一臺變壓器并入220kV系統運行，另一臺變壓器由停運態轉為運行態的過程中，將出現兩臺變壓器的中性點同時接地的情況。為防止勵磁涌流的產生及和應涌流的疊加，在發電機CT二次側出現差流，造成發電機差動保護誤動，可將兩臺變壓器中性點接地方式改為一臺接地。另一方面，在發電機、變壓器差動保護的整定計算中，要充分考慮差動保護躲勵磁涌流的情況，在滿足靈敏性的前題下，適當提高差動保護的最小動作值，由此來避免變壓器空載投運時發電機變壓器差動保護的誤動作。

［1］潘和勛.電力系統繼電保護原理［M］.成都:成都科技大學出版社，1996.

［2］劉正山.發電廠電氣設計和計算［M］.成都:成都科技大學出版社，1994.

［3］王維儉.發電機變壓器繼電保護應用［M］.北京:中國電力出版社，2005.