和應涌流導致機組差動保護誤動作停機的原因分析

張世明++肖鵬

摘 要：變壓器在沖擊合閘時會產生勵磁涌流，從而對運行變壓器及發電機引起和應涌流，可能導致運行變壓器或發電機的差動保護誤動，影響變壓器與發電機的正常運行。天花板電站繼電保護裝置配置中，主變保護提供了二次諧波原理和波形判別原理兩種方法識別勵磁涌流后進行涌流閉鎖，而發電機保護還沒有防止和應涌流引起差動保護誤動的有效措施。電廠在對#2主變進行沖擊送電時，由于#2主變空沖產生了很大的勵磁涌流，#1發電機系統也由此產生了和應涌流， 引起#1發電機組保護裝置比率差動動作跳閘。

關鍵詞：發電機；和應涌流；比率差動；保護跳閘

中圖分類號：TM77 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）20-0130-03

1 概述

天花板水電站位于金沙江一級支流牛欄江中下游河段，是牛欄江梯級水電開發規劃“兩庫十級”的第七級。電站壩址位于牛欄江支流清水河河口上游約1.5km的天花板峽谷處。工程區左岸為巧家縣，右岸為魯甸縣，距離巧家和魯甸縣城公路里程分別為123km和57km。

發電機與主變壓器采用獨立單元接線，兩臺發電機組，單機容量90MW。220kV側接線為單母線接線，220kV高壓配電裝置采用SF6氣體絕緣金屬全封閉開關設備（GIS室），最終電站以一回220kV線路接至云南電網昭通永豐500kV變電站，如圖1所示。

2015年04月08日16時28分，天花板電站在對220kV#2主變充電時，#1發電機主二保護裝置比率差動動作，#1發電機組出口斷路器011跳閘，發電機組自動停機。

2 事故前運行方式

#1機組帶80MW負荷正常運行、#1主變正常運行，220kV母線及線路正常運行，#2機組停機態，#2主變熱備態，#1主變中性點接地刀閘2010合位，#2主變中性點接地刀閘2020合位。

3 事故經過

天花板電站#2發變組于2015年4月7日提前檢修結束，下午對#2機組空轉運行正常后，于4月8日向調度申請對#2主變充電時，電站首先對#2主變進行全面檢查確已具備充電條件，然后合上#2主變中性點2020接地刀閘，2015年04月08日16時28分，上位機發令合上#2主變高壓側202斷路器#2主變充電，202斷路器合閘后，#1發電機保護裝置比率差動動作跳閘，#1發電機出口011斷路器跳閘停機。

4 事故原因分析

4.1 保護裝置記錄分析

對#1發電機組差動保護范圍內一次設備（011斷路器、0111隔離開關，勵磁變，廠高變、13.8kV母線，出線、尾線、定子繞組等）進行了全面檢查未發現異常，接著將對發電機組搖測定子絕緣電阻為：15s=20兆歐，60s=500兆歐，吸收比：25，符合規程要求并與上一次比較一致，隨后檢查保護裝置未發現異常，核對#1發電機組主二保護裝置保護定值與云南省調繼電科下發定值單定值一致。

4.2 保護裝置記錄分析

根據現場打印的#1機組第二套保護動作報告來看，發電機保護在#2主變空載合閘瞬間，兩套保護裝置均有啟動，根據波形可知發電機電流發生了突變，電流中含有很大的非周期分量，電流波形偏向時間軸一側，此為勵磁涌流明顯特征。且發電機機端和中性點電流變化一致，故此時尚無差流出現。約190mS后，隨著非周期分量的衰減，發電機機端電流A相、B相波形與中性點的A相、B相變化不一致，導致發電機差動計算出差流，該差流大于差動保護啟動值（0.3Ie Ie=0.85A），故發電機差動保護啟動并且跳閘。

4.3 #2主變的波形分析

故障錄波器錄取的波形如圖2。

根據以上波形顯示，電站當時正在對#2主變進行空沖送電，可知以上波形顯示的是#2主變在空沖時產生的勵磁涌流波形，由于高壓側三相電壓在主變沖擊前后均無明顯變化，可以推斷空沖時#2主變內部以及系統上并無電氣故障。

#2主變高壓側電流也存在明顯的勵磁涌流的特征，由于主變差動保護有勵磁涌流判別邏輯，由圖4可知，#2主變高壓側電流含有很大的諧波成分，其中二次諧波含量超過20%，裝置定值中二次諧波閉鎖定值15%，主變差動保護在判別出差流符合勵磁涌流的特性以后自動閉鎖比率差動保護，所以主變比率差動保護不動作。

4.4 故障錄波器記錄分析

現場錄取了故障錄波器的相關波形，故障錄波器中#1發電機機端電流波形如下圖、中性點的電流波形如圖4。

通過故障錄波分析軟件，將#1發電機的機端電流和中性點電流做差動分析，結果如圖5。

由圖3可知，故障錄波器錄取的發電機機端電流和中性點電流中也含有較大的非周期分量，且在波形的后半段開始機端和中性點的電流波形變化不一致。

由圖5可知故障錄波器錄取的電流計算出的差流與第二套保護裝置計算出的差流基本完全一致，其中A相差流達到約0.38A，大于發電機差動啟動電流定值（0.3*0.85A=0.255A）。

由故障錄波的圖可以證明保護裝置采樣和計算均正常，在保護啟動后差流逐步出現且大于差動啟動定值，符合發電機差動保護動作條件。

由圖4可知發電機機端電壓在保護動作前后均無明顯變化，在保護動作前后發電機機端和中性點電流除了有非周期分量外，電流幅值并沒有明顯變大，由此可以排除發電機發生內部故障的可能性。

5 結語

綜上所述，發電機在保護跳閘前后電壓基本不變，發電機電流除了有較大非周期分量以外，幅值沒有明顯變化，故基本可以排除發電機內部發生故障的可能性。

在#2主變進行沖擊送電時，由于#2主變空沖使產生了很大的勵磁涌流，#1發電機系統也由此產生了和應涌流，由于涌流中含有較大的非周期分量，使發電機機端和中性點CT的傳變特性發生了變化，從而使進入#1發電機兩套保護裝置以及故障錄波器的電流均發生了畸變；由于機端和中性點的CT傳變特性有差異，導致發電機機端和發電機中性點的電流畸變程度不一致，最終導致發電機差動回路出現差流，發電機保護裝置啟動比率差動保護跳閘。

參考文獻

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