雷擊引起發電機失磁保護動作原因及對策

劉豐

(四川江口水力發電(集團)廠,四川宣漢 636150)

雷擊引起發電機失磁保護動作原因及對策

劉豐

(四川江口水力發電(集團)廠,四川宣漢 636150)

對普通SiC閥片避雷器及無間隙ZnO避雷器技術性能進行了對比,分析了雷擊引起發電機失磁保護動作的原因,并得到有效解決。

雷擊 發電機失磁保護 對策分析

1 基本情況

四川江口水力發電(集團)廠位于四川省宣漢縣城北1km處，年雷電日數37天，屬較多發雷區。總裝機容量3×17MW，以110KV和35KV兩個電壓等級輸電線路接入兩個供電系統，發電機型號SF17-28-550，額定電壓6.3KV，額定電流1947A，功率因數0.8，同步電抗Xd=0.72，額定水頭26米，額定轉速214.3r/min，定子接法4Y。主變1B型號為:SFSL7-50000/110Uk1-2=17.9%，UK1-3=9.9%，UK2-3=6.35%，Pk1-2=268.5KW，PK1-3=227.9KW，PK2-3=183.358KW，P0=50.6KW，I0=0.5%，生產廠家為西安變壓器廠，于1992年5月建成投產。

2 發電機保護設置情況

發電機主要保護設置有縱差保護、低壓過流保護、過電壓保護及失磁保護(延時0.5S)，失磁保護采用0°接線，動作邏輯如圖1所示，選用許昌繼電器廠生產的LZ-2型阻抗繼電器。

動作阻抗整定為ZA=2.802Ω，ZB=28.02Ω，最大靈敏角Φ＝269°，裝置動作時間≯50ms，低電壓元件DYJ動作整定值UDY＝84V，延時整定為t=0.5s。

圖1 失磁保護動作邏輯

圖2 發電機失磁保護原理框圖

圖3 過電壓保護接線

失磁保護原理框圖如圖2所示。

3 失磁保護故障情況

35kV兩回送往國家電網線路經過地區為頁巖地質，電阻率(20×102Ω.m)較高，接地電阻較大，雷擊過電壓較難對大地釋放。其過電壓保護接線如圖3所示。

設計安裝時，在6kV、35kV母線、線路起端分別裝設了FCD-6型磁吹避雷器和FZ-35閥式避雷器(非線性系數為0.319-0.361，滅弧電壓為41KV)，在2002年之前投運的10年時間里，每年汛期雷雨天氣均要出現雷擊引起發電機失磁保護動作、跳閘、停機的事故，有時一天還兩次出現。當雷聲響過，事故喇叭響，發電機事故光字牌亮，602開關跳閘，機組停機。檢查發現是發電機失磁保護動作造成的，嚴重影響機組的安全運行。在2002年更換Z3處線路過電壓保護避雷器

(更換為ZnO避雷器)之后，就再沒有這種雷擊引起失磁保護動作的情況發生。

4 參數計算

發電機運行等值電路如圖4所示。

ùf為發電機端相電壓，ùs為35KV母線相電壓，Xd(=0.72)為發電機同步電抗，XS為發電機與35KV母線之間的聯系電抗(即主變1B中、低壓側之間的電抗)。歸算至6.3KV側的阻抗如下:

主變1B中壓側電抗:

圖4 發電機運行等值電路

圖5 避雷器伏安特性

所以，聯系電抗XS=RT2+RT3+XT2+XT3=0.016+j0.049Ω發電機至35kv母線(計算到6.3kv側)阻抗為:Z=XG+XS=0.016+j1.394=

5 雷擊引起失磁保護動作原因分析

當雷電侵入波沿一相導線進入35kV母線時，引起普通閥式避雷器(型號為FZ-35，sic材料制作)Z3動作、對地放電、泄放雷電流、降低過電壓幅值，從而使被保護設備絕緣受到保護。但當避雷器被雷電擊穿，對地放電時，也就造成對地短路，當雷擊過電壓消失后，工頻電壓仍然作用在被擊穿的避雷器Z3上，形成工頻短路電流，亦即工頻續流，若這時避雷器滅弧電壓較低(FZ-35型滅弧電壓為41KV)，而35kV母線工頻電壓較高，則避雷器不能恢復到更高電阻狀態，工頻續流時間較長，這時線路另一相若因公園樹枝接地，則形成相間短路，電壓降低，機端失磁保護阻抗測量裝置(LZ-2型)所測阻抗為這個阻抗值在阻抗測量裝置(LZ-2型)的動作邊界內，當低電壓繼電器DYJ動作后，啟動時間繼電器t，跳602開關，跳滅磁開關、停機。

6 解決辦法

選用保護性能好、無工頻續流的ZnO避雷器替代SiC避雷器，普通SiC閥式避雷器及ZnO避雷器伏安特性如圖5所示。

它們的優、缺點如下:一是在正常運行電壓下，ZnO避雷器工作于小電流區(幾十微安)，而SiC避雷器中的電流可達100A(因此采用閥片間隙隔開)；二是在雷擊過電壓到來時，ZnO避雷器可以立即對地釋放大電流，有效抑制過電壓對絕緣的影響，而SiC避雷器由于閥片間隙的影響，要等到雷電壓升至較高電壓時才能釋放大電流，這對抑制過電壓不利；三是在雷擊過電壓作用之后，ZnO避雷器馬上呈現出高電阻狀態，阻斷工頻續流，而SiC避雷器在雷擊過電壓作用之后，由于非線性系數較之ZnO避雷器低，仍然呈現出較低電阻狀態，工頻續流時間較長，容易引起避雷器安裝處低電壓。

因此，ZnO避雷器這種無工頻續流的特性，很好地解決了避雷器安裝處出現低電壓及工頻過流的情況。從阻抗測量裝置的阻抗測量公式Zf= ùf／ ìf來看，更換ZnO避雷器后，Z3處遭受雷擊過壓后，ùf升高、 ìf降低，測量阻抗Zf增大，在阻抗特性圓動作邊界之外，阻抗繼電器不動作，且 ùf升高后，不易引起Z3處線路低電壓，DYJ也不動作，因而失磁保護不動作，避免了雷擊引起失磁保護動作停機的事故。

7 更改效果

鑒于ZnO避雷器技術上的優勢及維護試驗簡單的特性，于2003年春將Z3處避雷器更換成了ZnO避雷器(型號HY5WZ-51/134)，Z1、Z2處避雷器型號不變，原保護裝置(電磁式)不變，失磁保護阻抗測量裝置不變，在2009年底所有設備繼電保護改造(改為微機保護)之前的7個雷雨季節中，未出現過雷擊引起失磁保護動作停機的事故。

8 結語

以上事實表明，sic避雷器遭雷擊泄流時，的確能引起失磁保護動作。而更換ZnO避雷器后，確實能避免此類事故發生，顯示出更好的技術性能，切實彌補了sic避雷器性能上的缺陷。

[1]賀家李,宋從矩.電力系統繼電保護原理.天津:水利電力出版社,1985.

[2]張一塵.高電壓技術.北京:中國電力出版社,2000.

劉豐(1966.2—),男,漢族,四川宣漢人,電氣工程師,大學文化,副總工程師,主要從事水電技術及安全工作。