发电机差动保护误动分析

2022-09-12

0 引言

发电机差动保护作为发电机定子绕组内部及其引出线相间短路故障的主保护, 其动作正确与否显得非常重要。在发电机内部故障时要求将故障发电机快速从电网中解列停机, 以减轻对发电机本身和系统的危害;而在区外故障和空投主变时则不应误动, 以免扩大事故的影响范围。下面就螺丝池水电厂 (以下简称螺电厂) 发电机差动保护误动情况进行分析。

1 事故简述

螺电厂装机容量3×10.5MW, 额定电压6.3k V, 通过两台三绕组变压器分别升压至35k V和110k V。正常方式下通过110k V出线与系统并网, 35k V母线带近区负荷;当110k V出线检修时, 也可通过35k V送出系统与主网并列。

2010年1月21日, 螺电厂110k V母线检修, Ⅱ#主变停运。Ⅰ#主变低压侧和中压侧运行, 高压侧101开关断开。螺电厂开1号机带有功负荷12MW, 通过35k V线路与系统并网。16时18分, 检修结束后值班员操作Ⅱ#主变中压侧302开关对主变充电时, 1号发电机比率差动保护动作跳闸。

2 保护录波

故障录波图如图1所示

故障录波图显示差动动作值如下:

A相:机端电流3.34A, 尾端电流3.42A, 差流0.08A, 制动电流3.38A。

B相:机端电流4.00A, 尾端电流4.94A, 差流2.45A, 制动电流4.32A。

C相:机端电流3.66A, 尾端电流3.62A, 差流1.03A, 制动电流2.61A。

从图1可以看出, 在保护启动60ms之前, A、B、C三相的差流均为0, 随后B、C相差动二次回路出现不平衡电流, 且不平衡电流逐渐增大, 最终达到差动定值, 引起发电机差动保护动作跳闸。

3 检查处理情况

事故发生后, 我们立即对1号发电机定子绕组、出线电缆、开关设备等进行检查试验, 各项数据都在《电力设备预防性试验规程》规定范围内, 与上次试验结果比较无明显变化。同时对该机组所有二次回路和保护设备进行试验检查, 试验结果表明:保护装置性能良好, 定值整定无误, 二次回路正确。初步判断故障原因为空投主变时产生的励磁涌流造成差动保护误动。

为了彻底查清事故原因, 我们一方面将保护动作录波图发至许继厂家帮助分析, 另一方面又再次检查了二次回路的阻抗与电流互感器的伏安特性。

3.1 二次回路阻抗检查

用加交流电压电流的方法测量出二次负荷阻抗。机端三相负荷阻抗分别为A相0.77Ω、B相0.765Ω、C相0.764Ω;中性点三相负荷阻抗分别为A相1.137Ω、B相1.136Ω、C相1.131Ω。

3.2 伏安特性试验

对三相差动两侧的CT进行了实验, 录制了伏安特性曲线。以B相为例, 其实验数据列表 (表1) 、根据表1绘制的伏安特性曲线图 (图2) 如下:

从表1和图2可以看出:差动保护两侧的CT伏安特性相差太大, 机端CT饱和电压只有32V, 中性点CT饱和电压高达99V, 两者相差3倍。

4 差动保护动作分析

螺电厂2009年4月曾进行发电机出口开关柜改造, 导致差动保护两侧CT厂家、型号、容量都不一致。机端CT为大连北方互感器厂的LZZBJ9-10A2G型、容量为20VA, 而尾端CT为牡丹江电流互感器厂的LMCD-10型、容量为30VA, 二者特性差异较大。

当空投Ⅱ#主变空时产生很大的励磁涌流, 对1G来说励磁涌流为一穿越性电流, 理论上1G差动保护不应动作。但由于励磁涌流的特征受合闸初相角, 系统电压, 变压器容量的影响, 励磁涌流中含有直流分量和大量的非周期分量, 虽然保护装置的差动保护已经滤除直流分量与谐波分量, 这两种分量并不对差动保护产生影响, 但直流分量的存在主要使基波成分也发生畸变。

在通过CT传变直流分量和非周期分量时, 直流分量引起CT的传变特性发生改变, 波形发生畸变。特别是机端B相CT、中性点侧C相CT的饱和电压严重偏低, 波形畸变特别严重, 导致差动回路产生不平衡电流, 当不平衡电流大于差动整定值时, 保护动作跳闸。

为了防止此类事故的发生, 我们采取了以下措施:

(1) 更换电流互感器:在2010年5月份, 我们将3台机组CT全部更换同厂家、同型号、同批次的产品。在选择CT时, 我们适当增大了电流互感器一次额定电流, 由原1200A增大为1500A, 以减小二次额定电流。同时还大大增大了CT二次额定容量, 都增大到50VA, 以提高CT带负载能力和伏安特性曲线。

(2) 改变主变操作方式:正常运行方式下, 螺电厂通过110k V系统与主网并列, 投切主变都在110k V侧进行, 发电机差动保护从未误动过;而上述两次差动误动, 都是螺电厂与主网若联系的情况下发生的。所以在以后的操作中, 应尽量避免螺电厂与系统在弱联系、单机情况下主变的投切操作。

5 结束语

发电机差动保护两侧CT特性数存在差异, 造成空投主变时差动保护误动跳闸, 虽然没有造成设备损坏, 也没有造成大的电网事故。但是发生这样的事情是值得继电保护人员引起高度重视的, 继电保护工作不应只注重保护装置本身的调试, 而要从全局考虑, 不仅要对二次回路进行详细的检查分析, 更要对相关设备的设计选型从严把关。只有做好方方面面的工作, 才能发挥继电保护护主设备和电网的目的。

摘要：针对螺电厂空投主变引起发电机差动保护误动作进行分析, 说明主变空载合闸时励磁涌流对发电机差动保护的影响, 以及差动保护两侧CT伏安特性不一致所带来的影响。

关键词：发电机,差动保护,误动,分析