安谷水電站220 MVA主變壓器差動保護未接入高廠變分支電流的分析

何 國 珍， 梁 兵 鈺

(中國水電建設(shè)集團圣達水電有限公司，四川 樂山 614013)

1 安谷水電站主接線及主變保護配置情況

安谷水電站位于四川省樂山市市中區(qū)安谷鎮(zhèn)與沙灣區(qū)嘉農(nóng)鎮(zhèn)接壤的大渡河干流上，為大渡河干流梯級開發(fā)中的最后一級。壩址距上游沙灣水電站約35 km，下游距樂山市區(qū)15 km。電站采用一級混合式(河床式廠房加長尾水渠)開發(fā)，電站正常蓄水位高程398 m，安裝容量為4×190 MW+1×12 MW(生態(tài)機組)軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組，屬國家大(一)型規(guī)模電站。

電站首臺機組于2014年12月8日并網(wǎng)，至2015年8月第五臺機組并網(wǎng)發(fā)電，1年時間內(nèi)5臺機組全部建成投產(chǎn)。

1.1 主接線及廠用10 kV系統(tǒng)接線

安谷水電站5臺機組采用單元接線方式，配置4臺220 MVA主變壓器和1臺15 MVA主變壓器，190 MW機組(1～4F)額定電壓為13.8 kV，生態(tài)機組(5F)額定電壓為10 kV，機組出口經(jīng)過5臺主變壓器升壓至220 kV、通過同塔雙回線路接入峨眉南天500 kV 變電站。1～4F出口通過分相封閉母線與主變壓器低壓側(cè)聯(lián)接，5F出口通過電纜與主變壓器低壓側(cè)聯(lián)接。220 kV升壓站采用GIS結(jié)構(gòu)。

安谷水電站廠用10 kV系統(tǒng)共設(shè)計有Ⅴ段母線，Ⅰ、Ⅱ段母線進線從1、3#主變壓器低壓側(cè)經(jīng)1、2#高廠變(13.8 kV)降至10 kV引入，Ⅲ段母線進線從5#主變壓器低壓側(cè)經(jīng)快熔限流裝置引入，Ⅳ段母線進線通過外來35 kV電源經(jīng)降壓引入，Ⅴ段母線進線進線動10 kV柴油發(fā)電機出口引入，Ⅴ段母線可按順序通過母聯(lián)斷路器首尾聯(lián)接。正常運行方式下，廠用電10 kV系統(tǒng)Ⅰ、Ⅱ段相聯(lián)，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ段相聯(lián)運行。

1.2 主變保護配置及差動整定情況

在安谷水電站主設(shè)備繼電保護配置中，220 kV線路、220 kV母線、主變壓器、機組的保護裝置均為雙套配置。

由圖1可以看出：1～4#主變壓器保護主要配置了差動、復(fù)壓過流、零序(接地、間隙)、過勵磁、非全相保護； 5#主變也配置了差動、復(fù)壓過流、零序(接地、間隙)、過勵磁、非全相保護。其中1、3#主變的差動保護未引入高廠變分支電流，而5#主變差動保護則將廠用電分支電流引入。

1.2.1 1、3#主變差動保護整定情況

主變差動保護(RCS-985TW)裝置以主變低壓側(cè)為基準側(cè)(表1)，采用標厶值整定，設(shè)低壓側(cè)額定二次電流為Ie2。

保護定值：

(1)差動啟動定值：Icdqd=0.3×Ie2

(2)差動速斷定值：6×Ie2

(3)差流報警定值：0.2×Ie2

(4)比率制動起始斜率：Kbl1=0.15

(5)比率制動最大斜率：Kbl2=0.5

諧波制動比：0.15

運行方式控制字整定：

(1)差動速斷投入：1

(2)比率差動投入：1

(4)TA斷線閉鎖比率差動：0(不閉鎖)

保護瞬時動作于發(fā)信，跳發(fā)電機出口斷路器，跳主變高壓側(cè)斷路器，跳廠高變低壓側(cè)斷路器(僅1、3#主變)，啟動故障錄波，啟動220 kV側(cè)斷路器和發(fā)電機斷路器失靈保護。

1.2.2 5#主變差動保護整定情況

主變差動保護(RCS-985TW)：裝置以主變低壓側(cè)為基準側(cè)(表1)，采用標厶值整定，設(shè)低壓側(cè)額定二次電流為Ie2。

保護定值：

(1)差動啟動定值：Icdqd=0.3×Ie2

(2)差動速斷定值：6×Ie2

為了提高分析的準確度，將已知項目中任務(wù)的經(jīng)緯度坐標和價格進行多項式擬合，得到任務(wù)定價關(guān)于任務(wù)點經(jīng)緯度的函數(shù)關(guān)系，即

(3)差流報警定值：0.2×Ie2

(4)比率制動起始斜率：Kbl1=0.15

(5)比率制動最大斜率Kbl2=0.5

諧波制動比：0.15

運行方式控制字整定：

(1)差動速斷投入：1

(2)比率差動投入：1

(3)涌流閉鎖原理：0(二次諧波閉鎖)

(4)TA斷線閉鎖比率差動：1(閉鎖)

保護瞬時動作于發(fā)信，跳發(fā)電機出口斷路器，跳主變高壓側(cè)斷路器，跳廠用電分支斷路器，啟動故障錄波，啟動220 kV側(cè)斷路器和發(fā)電機斷路器失靈保護。

2 問題的提出

2015年7月20日23時，安谷水電站廠用10 kV系統(tǒng)正常方式下運行，大壩10 kV Ⅳ段至庫尾10 kV饋線受雷擊引起兩相短路，造成Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ段失電、5#主變和5#機組非計劃停止運行。現(xiàn)場檢查為Ⅲ段進線限流裝置熔斷器熔斷，5#主變差動保護動作。

圖1 阻抗計算過程圖

220kV系統(tǒng)發(fā)電機機端發(fā)電機機端10kV工作段400V工作段基準電壓UB(KV)23013．810．5100．4基準電流IB(KA)0．2514．1845．4995．774144．342

事件發(fā)生后，安谷水電站立即組織技術(shù)人員進行分析，查明故障點位于5#主變差動保護范圍界外，線路雷擊故障不應(yīng)引起5#主變差動保護誤動，在對5#主變差動保護裝置及其廠用分支電流回路進行檢查時均未發(fā)現(xiàn)問題。隨后向廠方調(diào)試人員反映了該情況，調(diào)試人員檢查其原因為調(diào)試時裝置內(nèi)部程序未將廠用分支電流納入差動保護的差流計算，從而造成差動保護區(qū)界外保護錯誤動作，擴大了事件停電范圍，隨后廠方派人到現(xiàn)場進行了處理。

此次事件的發(fā)生是由于廠方調(diào)試人員疏忽，將已經(jīng)接入廠用電流分支的差動保護在邏輯上未參與計算造成的。

由此提出筆者的論點：對1、3#主變及5#主變均有廠用分支，5#主變差動在10 kV廠用系統(tǒng)故障時，廠用分電流設(shè)置錯誤會造成主變差動保護誤動作。那么，1、3#主變差動保護在設(shè)計上未將高廠變電流分支接入，會不會存在廠用10 kV Ⅰ、Ⅱ段故障時發(fā)生1、3#主變差動保護動作的情況呢？

3 計算過程

由于高廠變高壓側(cè)沒有裝設(shè)斷路器，也沒有安裝熔斷器，當高廠變支路(包括廠用變直至高廠變低壓側(cè)斷路器位置的范圍)故障時，保護動作對象與主變保護是一樣的，需要切除主變兩側(cè)斷路器，因此，高廠變支路是否需要裝設(shè)CT接入主變差動保護的判斷依據(jù)是：當廠用變低壓側(cè)發(fā)生三相金屬短路時，所產(chǎn)生的短路電流是否會啟動主變差動保護，如果不會啟動差動保護，當然就不需要。

基準容量選擇為SB=100 MVA。

1#高廠變低壓短路電流計算阻抗變化情況見圖1。

高廠變低壓母線短路時，短路阻抗為2.446 Ω，歸算到高廠變高壓側(cè)短路電流為：

Id=1/2.446×4.184

=1.710 5(kA)/1 710.5(A)

4 結(jié) 語

主變低壓側(cè)額定電流為9 204.4 A，主變差動保護啟動電流為0.3In=0.3×9 204.4=2 761.3(A)；通過上述計算得知：高廠變低壓側(cè)母線短路時，歸算到高壓側(cè)的電流為1 710.5 A，小于主變差動啟動電流2 761.3 A，因此，主變差動保護不需要接入高廠變支路CT回路。