潿洲11-1石油平臺透平發(fā)電機差動保護誤動原因淺析

馮潤蘭

（湛江南海西部石油合眾近海建設(shè)有限公司，廣東湛江 524057）

潿洲11-1石油平臺透平發(fā)電機差動保護誤動原因淺析

馮潤蘭

（湛江南海西部石油合眾近海建設(shè)有限公司，廣東湛江 524057）

針對潿洲11-1平臺主電站在預(yù)調(diào)試過程中所發(fā)生的差動保護誤動作情況，運用大變壓器負(fù)載合閘暫態(tài)過程分析及差動保護理論，分析了發(fā)電機差動保護誤動作的原因。

透平發(fā)電機 中壓柜 真空斷路器 多功能保護繼電器 差動保護 激磁涌流

1 引言

潿洲11－1平臺上部組塊在南油海工碼頭建造，在進行平臺主電站調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)只要一合上測試負(fù)載回路開關(guān)，立刻導(dǎo)致中壓柜發(fā)電機主進線真空斷路器（VCB）故障跳閘，隨后導(dǎo)致透平發(fā)電機因故障停機現(xiàn)象。進線中壓柜多功能保護繼電器顯示，差動保護動作。針對這一問題，我們對發(fā)電機本體、電源進線相序、差動保護電流互感器（CT）極性及接線等進行了認(rèn)真的檢查；對保護的設(shè)定值進行了核算；對多功能保護繼電器進行了校驗，都沒有發(fā)現(xiàn)問題。反復(fù)試驗了幾次，結(jié)果還是一樣。

圖1 測試時的一次系統(tǒng)圖

圖2 差動保護接線圖

圖3 分析差動回路不平衡電流的等效

2 差動保護誤動作的原因分析

我們對差動保護進行分析。如圖1，為測試時的一次系統(tǒng)圖。

差動保護理論原理是依據(jù)克希荷夫第一定理。如圖2，為系統(tǒng)差動保護的接線原理圖。當(dāng)差動保護內(nèi)部無短路故障時，無論外部電路有無故障，理想情況下，Id=（I1+I2）/n=I1′+I2′=0， n為互感器的變比，繼電器不會動作。如果內(nèi)部有短路電流，差動保護將靈敏快速地動作。所以，差動保護有電流保護和距離保護無可比擬的性能。

實際上，當(dāng)外部短路時，雖然一定存在I1+I2=0，但由于電流互感器的誤差，Id=I1′+I2′≠0，稱為差動保護的不平衡電流。因此，在進行差動保護的設(shè)定值計算時，應(yīng)考慮外部短路時的最大不平衡電流，差動繼電器動作值必須大于外部短路時可能產(chǎn)生的最大不平衡電流，才能保證不會產(chǎn)生誤動作。

圖3為分析差動回路不平衡電流的等效電路，兩個電流互感器的激磁阻抗分別為Zμ′和Zμ″，二次連線和電流互感器的漏阻抗之和為Z′和Z″，差動回路的阻抗為Zc。當(dāng)電流互感器工作于不飽和區(qū)，Zμ′和Zμ″趨于無窮大，激磁電流可忽略不計， 即得出理想狀態(tài)參數(shù)Id=0。或者，將等效電路看作一個橋式電路，如果滿足或能近似滿足Zμ′/ Zμ″=Z′/Z″，則可以實現(xiàn)不平衡電流Id≈0。

再來分析一下我們進行負(fù)載測試的具體情況。平臺上單臺透平發(fā)電機的容量約為3500KVA，用于差動保護的電流互感器規(guī)格為500/5，正常情況下工作合閘負(fù)載最大為1000KVA變壓器，而用于負(fù)載測試的變壓器容量為4000KVA。負(fù)載測試的方式是，先空載投入測試變壓器，然后再在變壓器的低壓側(cè)逐漸加負(fù)載。查閱資料，可以了解到，三相變壓器空載合閘的暫態(tài)過程中，將產(chǎn)生非常大的激磁涌流，對于4000KVA變壓器，如合閘于無窮大電源，其暫態(tài)激磁涌流將達到額定電流峰值的8～10倍，即最高可以達到將近5000多安培。所以，在空載投入測試變壓器時，對于容量僅為3500KVA的透平發(fā)電機組將造成很大的沖擊，產(chǎn)生類似或超過外部回路短路過程的暫態(tài)瞬時大電流，該電流中含有大量的非周期分量。由于非周期分量對時間變化量di/dt遠(yuǎn)小于周期分量對時間的變化量，因此它很難變換到二次側(cè)，而是大部分成為電流互感器的激磁電流。這樣，將導(dǎo)致電流互感器鐵心的急劇嚴(yán)重飽和，從而導(dǎo)致電流互感器TA1和TA2的激磁阻抗Zμ′和Zμ″急劇下降。又因為兩電流互感器不可能做到物理特性完全一致，即不可能做到磁化曲線完全相同，特別是兩者的剩磁大小和方向不同時，兩個電流互感器的飽和程度就不一樣，從而導(dǎo)致激磁阻抗Zμ′和Zμ″下降幅度不一致，甚至偏差較大，破壞了平衡條件Zμ′/ Zμ″=Z′/Z″。這樣，就造成了兩互感器激磁電流Iμ′和Iμ″的不平衡，產(chǎn)生了較大的不平衡電流。在潿洲11－1平臺發(fā)電機容量及采用的互感器均較小的情況下，采用如此大容量的臨時變壓器進行負(fù)載測試，由此產(chǎn)生的暫態(tài)不平衡電流情況相對更加突出，遠(yuǎn)大于正常系統(tǒng)工作模式下差動保護計算設(shè)定值，所以導(dǎo)致了差動保護誤動作的發(fā)生。

3 處理方法

做為預(yù)調(diào)試臨時測試用，在確認(rèn)設(shè)備正常情況下，一種方法是可采用先把差動故障跳閘輸出閉鎖，待投入測試變壓器后恢復(fù)；另一種辦法是采用把多功能繼電器差動保護設(shè)定一個延時，以躲開變壓器暫態(tài)激磁涌流影響，待測試完成后恢復(fù)。實際測試過程中采用了延時方案，保證投入測試變壓器時不誤動，從而完成了發(fā)電機組的帶載調(diào)試任務(wù)。

馮潤蘭（1964—），女，漢，廣東茂名人，職稱：中級工程師，學(xué)歷：大學(xué)本科，研究方向：機電工程、儀表自動化。