韋燦軍

摘 要：隨著我國水電事業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)水輪發(fā)電機(jī)的使用也提出更高的要求。然而現(xiàn)行大多水輪發(fā)電機(jī)投入使用后出現(xiàn)的差動(dòng)保護(hù)也成為阻礙水電發(fā)展水平進(jìn)一步提高的重要因素，一旦發(fā)生差動(dòng)保護(hù)，相關(guān)故障電流便發(fā)生改變，導(dǎo)致設(shè)備嚴(yán)重受損，影響水輪發(fā)電機(jī)的可靠運(yùn)行。文章主要以我國某地區(qū)水電站水輪發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)為例，對(duì)其產(chǎn)生的原因、危害與相關(guān)防范策略進(jìn)行探析。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)；差動(dòng)保護(hù)；原因；防范

前言

作為水電系統(tǒng)中的重要組成部分，水輪發(fā)電機(jī)能否可靠運(yùn)行關(guān)乎電力系統(tǒng)整體供電性能。盡管近年來我國水電系統(tǒng)建設(shè)過程中水輪發(fā)電機(jī)的應(yīng)用逐漸體現(xiàn)出較高的靈敏性、可靠性以及速動(dòng)性等特征，但運(yùn)行中仍存在差動(dòng)保護(hù)問題，容易導(dǎo)致故障問題的發(fā)生。因此，如何做好產(chǎn)生差動(dòng)保護(hù)的原因分析并采取相應(yīng)的防范措施成為現(xiàn)行水電事業(yè)發(fā)展中需考慮的重要內(nèi)容。

1 某區(qū)域水電站水輪發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)概述

該區(qū)域水電站存在的差動(dòng)保護(hù)主要體現(xiàn)在兩臺(tái)發(fā)電機(jī)之間以及主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作方面，發(fā)生時(shí)間主要為兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行過程中，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作下兩臺(tái)發(fā)電機(jī)直接解列，主變開關(guān)發(fā)生跳閘，導(dǎo)致整個(gè)電廠無法持續(xù)供電，需要借助外來廠用電以保證繼續(xù)供電。從整個(gè)電站實(shí)際狀況看，發(fā)電機(jī)組主要以混流式為主，且兩臺(tái)容量分別為40MW，接入系統(tǒng)的一級(jí)電壓主要為220kV，而出口電壓在10.5kV。在發(fā)電機(jī)2閉合出口開關(guān)中便出現(xiàn)機(jī)組整體異常運(yùn)行，電流由此發(fā)生二次震蕩現(xiàn)象，此時(shí)系統(tǒng)中主變、兩臺(tái)發(fā)電機(jī)解列。事實(shí)上，產(chǎn)生這種情況的原因并非完全歸因于并網(wǎng)問題，更多體現(xiàn)在合閘過程中因相位偏差、頻率以及裝置電壓等難以滿足實(shí)際運(yùn)行要求，沖擊電流隨相位偏差的增大而增加，而頻率偏差變化表現(xiàn)也極為明顯，使沖擊電流長時(shí)間存在，系統(tǒng)運(yùn)行受到嚴(yán)重影響[1]。

2 差動(dòng)保護(hù)的原因與危害分析

2.1 從發(fā)電機(jī)1差動(dòng)保護(hù)原因與危害角度

根據(jù)保護(hù)裝置給定的相關(guān)數(shù)據(jù)，可判斷對(duì)于發(fā)電機(jī)1，動(dòng)作區(qū)內(nèi)不存在B相與C相，而A相在動(dòng)作區(qū)內(nèi)的時(shí)間為90ms，其超出30ms延時(shí)，會(huì)導(dǎo)致保護(hù)裝置執(zhí)行跳閘動(dòng)作。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)A相差動(dòng)保護(hù)后，此時(shí)中性點(diǎn)、機(jī)端電流二者相角差表現(xiàn)為150°，而在B相差動(dòng)保護(hù)時(shí)，相角差表現(xiàn)為210°，嚴(yán)重情況下相比差流，中心點(diǎn)電流將超出二倍左右，這樣便使電流以極其不穩(wěn)定的形式存在。若不平衡電流過大，將導(dǎo)致發(fā)電機(jī)難以可靠運(yùn)行，甚至整個(gè)機(jī)組將受到不同程度的破壞。

2.2 從發(fā)電機(jī)2差動(dòng)保護(hù)原因與危害角度

在實(shí)際分析過程中可發(fā)現(xiàn)，動(dòng)作區(qū)內(nèi)A相差動(dòng)停留的時(shí)間為41.7ms，動(dòng)作區(qū)內(nèi)不存在B相或C相差動(dòng)。此時(shí)并網(wǎng)過程中關(guān)于機(jī)端電流，可發(fā)現(xiàn)其可達(dá)到28A電流，事實(shí)上此時(shí)電流完全可控制在系統(tǒng)運(yùn)行范圍內(nèi)，對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行不會(huì)產(chǎn)生較大影響。為進(jìn)一步驗(yàn)證動(dòng)作區(qū)內(nèi)的A相差動(dòng)，可結(jié)合暫態(tài)過程變化曲線，但在非同期合閘中表現(xiàn)出較長的暫態(tài)時(shí)間，很難利用保護(hù)裝置進(jìn)行A相差動(dòng)的判斷，這就要求進(jìn)行30ms延時(shí)跳閘動(dòng)作。然而動(dòng)作區(qū)內(nèi)A相差動(dòng)存在時(shí)間為41.7ms，保護(hù)裝置仍會(huì)采取跳閘動(dòng)作。結(jié)合發(fā)電機(jī)2兩側(cè)電流情況，在41.7ms時(shí)間內(nèi)，中性點(diǎn)電流、機(jī)電電流在相角差上為180°，嚴(yán)重情況下仍可使中性點(diǎn)兩側(cè)電流波動(dòng)過大，造成電流不平衡問題。因不平衡電流過大使該發(fā)電機(jī)難以可靠運(yùn)行，在跳閘動(dòng)作執(zhí)行中系統(tǒng)將無法持續(xù)供電[2]。

2.3 從變壓器差動(dòng)保護(hù)原因與危害角度

在分析過程中發(fā)現(xiàn)，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作在A柜保護(hù)裝置上表現(xiàn)較為明顯，而B柜保護(hù)裝置多以故障啟動(dòng)為主，因此，差動(dòng)保護(hù)原因分析過程中可從A柜故障著手。通過該水電站實(shí)際運(yùn)行情況，出現(xiàn)故障暫態(tài)的時(shí)間大約維持在278ms左右，一旦故障發(fā)生，盡管A相與B相繼電器仍可保持運(yùn)行，但在故障130ms時(shí)間內(nèi)因勵(lì)磁涌流閉鎖問題，差動(dòng)保護(hù)并未發(fā)生動(dòng)作。而在故障結(jié)束前的130ms內(nèi)，可對(duì)A柜差動(dòng)保護(hù)的一系列數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，包括A相、B相、C相的差動(dòng)與制動(dòng)電流；高壓側(cè)、中壓側(cè)與低壓側(cè)下A相、B相與C相的電流。同時(shí)在相關(guān)保護(hù)定值方面，能夠得出，最小動(dòng)作與制動(dòng)電流分別為0.795A與1.988A，且二次諧波與比率制動(dòng)在系數(shù)上分別為0.15與0.5，由此可推出保護(hù)動(dòng)作下的比率系數(shù)。需注意的是因差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作下，故障暫態(tài)過程較長，若保護(hù)裝置一直處于啟動(dòng)狀態(tài)將難以準(zhǔn)確判斷故障發(fā)生的頻率，無法進(jìn)行錄波。加上故障啟動(dòng)后130ms內(nèi)不存在差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，使錄波數(shù)據(jù)無法獲取，因此要求實(shí)際進(jìn)行故障分析中引入專用錄波數(shù)據(jù)。分別對(duì)故障啟動(dòng)階段錄波數(shù)據(jù)、高壓測電流進(jìn)行選取，可使低壓側(cè)二次電流得以計(jì)算，對(duì)比分析可發(fā)現(xiàn)機(jī)端電流數(shù)據(jù)與計(jì)算后的二次電流數(shù)據(jù)存在較大幅值相差，且因兩側(cè)相角不同，差流問題容易出現(xiàn)在二次回路過程中[3]。

3 水輪發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)的防范策略

根據(jù)上述發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)分析，充分證明發(fā)電機(jī)2出口斷路器在合閘中易出現(xiàn)問題，因非同期合閘影響而產(chǎn)生沖擊電源流，加暫態(tài)時(shí)間過長，使差動(dòng)保護(hù)跳閘動(dòng)作在發(fā)電機(jī)中出現(xiàn)。結(jié)合故障波形，因中性點(diǎn)電流、機(jī)端電流存在較大的幅值相差，使不平衡電流差生，其可作為引起差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的直接原因。同時(shí)，對(duì)于A柜變壓器，差動(dòng)保護(hù)存在的原因主要體現(xiàn)故障后130ms內(nèi)出現(xiàn)的不平衡電流與暫態(tài)后130ms二次諧波含量變化問題。而在B柜方面，因其區(qū)別于A柜，電流互感器多體現(xiàn)在低壓側(cè)方面，所有動(dòng)作情況表現(xiàn)出一定差異。另外，檢查過程中發(fā)現(xiàn)同期裝置、保護(hù)裝置等在性能參數(shù)上都與實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行要求相適應(yīng)，因此防范措施的引入可不考慮此方面問題[4]。

實(shí)際防范過程中為使出口斷路器故障問題得以解決，且開關(guān)柜能夠可靠運(yùn)行，需要從開關(guān)柜設(shè)計(jì)階段出發(fā)，做好相關(guān)檢查工作，尤其判斷聯(lián)鎖裝置是否存在安全隱患問題，確保投入使用前相關(guān)設(shè)備系統(tǒng)在性能參數(shù)上都可達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，對(duì)于投入使用的電氣一次設(shè)備要求在汛前開展全方位試驗(yàn)工作，判斷保護(hù)裝置定值，并要求做好發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)問題分析，可利用循環(huán)閉鎖式取代傳統(tǒng)出口方式，需注意很多水電站在差動(dòng)保護(hù)出口選取中多以三取一差動(dòng)保護(hù)為主，其很難解決誤動(dòng)問題，可通過三取二出口方式的應(yīng)用對(duì)解決差動(dòng)保護(hù)出口問題可起到突出的作用。另外，發(fā)電機(jī)實(shí)際運(yùn)行過程中應(yīng)注重做好相關(guān)人員培訓(xùn)工作，確保運(yùn)行人員在分析差動(dòng)保護(hù)情況以及處理事故等綜合能力得以上升，尤其在事故發(fā)生時(shí)能夠沉著應(yīng)對(duì)，為系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行提供保障[5]。

4結(jié)束語

水輪發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)是制約水電系統(tǒng)安全可靠的重要因素。針對(duì)差動(dòng)保護(hù)問題，要求結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際狀況，通過對(duì)影響各發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的原因以及導(dǎo)致變壓器差動(dòng)保護(hù)的原因進(jìn)行分析，從出口斷路器故障解決、設(shè)備全面檢查、差動(dòng)保護(hù)出口的調(diào)整以及相關(guān)人員的培訓(xùn)等方面以解決發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)問題，使系統(tǒng)可靠穩(wěn)定運(yùn)行的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)，確保系統(tǒng)能夠持續(xù)供電。

參考文獻(xiàn)

[1]劉海軍.發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作原因分析及預(yù)防措施[J].機(jī)電信息，2015，21：18-19.

[2]李西良.變壓器空充引起發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作原因分析及防范措施[J].機(jī)電信息，2011，21：34-35.

[3]王睿博.CT安裝位置錯(cuò)誤引起主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作原因分析[J].內(nèi)蒙古石油化工，2011，18：56-58.

[4]何 .區(qū)外故障引起變電站主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作原因分析及對(duì)策[J].四川水力發(fā)電，2014，S1：146-149.

[5]田志瑞，宋玉鋒.勵(lì)磁涌流引起主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作原因分析及防范措施[J].價(jià)值工程，2015，4：57-58.