某水電站2號主變增量差動保護(hù)動作分析

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪,628400)

某水電站2號主變增量差動保護(hù)動作分析

曾燕平

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪,628400)

基于故障分量(也稱增量)來實現(xiàn)保護(hù)的原理，目前已廣泛應(yīng)用于微機(jī)保護(hù)之中。特別是變壓器增量差動保護(hù)，對變壓器內(nèi)部輕微匝間故障、高阻性接地故障有其優(yōu)越性，比帶負(fù)荷電流的常規(guī)比例差動保護(hù)靈敏度要高。但雷雨天氣變壓器保護(hù)區(qū)外遭雷擊時、或變壓器保護(hù)區(qū)外發(fā)生短路故障時，也易引起微機(jī)保護(hù)裝置增量差動誤動作。本文就某水電站2號主變增量差動保護(hù)動作進(jìn)行探討，僅供參考。

變壓器 差動保護(hù) 故障分量

引言

增量差動保護(hù)是利用故障后電流與負(fù)荷分量的差值，即故障分量電流來構(gòu)成的保護(hù)裝置。習(xí)慣上常用Δ表示故障分量，故障分量差動保護(hù)應(yīng)用于保護(hù)裝置有其有利的一面，增量差動不受正常運(yùn)行負(fù)荷電流的影響，具有比比率差動更高的靈敏度，由于比率差動保護(hù)的制動電流選取包括正常的負(fù)荷電流，變壓器發(fā)生弱故障時，比率差動保護(hù)由于制動電流大，可能延時動作。增量差動主要解決變壓器輕微的匝間故障，高阻接地故障。但是應(yīng)用故障分量差動保護(hù)的保護(hù)裝置有誤動的現(xiàn)象，有必要對其進(jìn)行進(jìn)一步分析和說明。本文以某水電站實際運(yùn)行中一次區(qū)外故障的實例，闡述故障分量差動保護(hù)實際應(yīng)用中需要引起注意和解決的問題。

1 現(xiàn)場情況

2014年9月28日08時59分51秒，監(jiān)控系統(tǒng)報“2號機(jī)組故障錄波啟動”、“2號機(jī)組主變保護(hù)A套保護(hù)動作”、“2號機(jī)組主變保護(hù)B套保護(hù)動作”、“2號機(jī)組主變保護(hù)A套差動保護(hù)動作”、“2號機(jī)組主變保護(hù)B套差動保護(hù)動作”信號；1號、2號發(fā)電機(jī)出口開關(guān)1、2跳閘，500kV5001、5003開關(guān)跳閘，2號發(fā)電機(jī)滅磁開關(guān)跳閘，1號、2號高廠變低壓側(cè)開關(guān)801、802跳閘；廠用10kV系統(tǒng)I、II段母線失電，大壩10kV I段失電。400V系統(tǒng)1/2號機(jī)自用電、3/4號機(jī)自用電、公用I組用電、公用II組用電、照明用電I段進(jìn)線開關(guān)分閘位置，各段母聯(lián)開關(guān)合閘位置。大壩自用電變61B電源開關(guān)874開關(guān)跳閘，大壩400V I段電源進(jìn)線開關(guān)461跳閘，大壩400V I段失電；2號機(jī)組事故停機(jī)，1號機(jī)組轉(zhuǎn)至空載運(yùn)行，3號、4號機(jī)組、3號、4號主變及500kV開關(guān)5002正常運(yùn)行，全廠總負(fù)荷由1050MW減至500MW。

(1)2號主變、高廠變保護(hù)動作檢查情況

2號主變、高廠變保護(hù)A柜WFB-802A/F變壓器保護(hù)裝置顯示2014年09月28日08時59分51.711秒“主變增量差動”保護(hù)動作。查閱保護(hù)跳閘出口動作報告，“主變增量差動”保護(hù)動作時A相差流0.04A，B相差流0.04A，C相差流0.046A。2號主變、高廠變保護(hù)B柜WFB-802A/F變壓器保護(hù)裝置顯示2014年09月28日08時59分51.713秒“主變增量差動”保護(hù)動作。查閱保護(hù)跳閘出口動作報告，“主變增量差動”保護(hù)動作時A相差流0.041A，B相差流0.039A，C相差流0.045A。2號主變、高廠變其余保護(hù)無異常情況。

(2)10kV系統(tǒng)保護(hù)檢查情況

大壩10kV I段大壩自用電變61B電源開關(guān)874保護(hù)裝置報“過流I段t1動作，過流I段t2動作”；現(xiàn)場查閱保護(hù)動作報告，在2014年09月28日08時59秒過流I段保護(hù)動作，動作時A相電流58A，B相46A，C相45A。802開關(guān)柜保護(hù)裝置無保護(hù)動作信號，無異常啟動信號。

(3)故障錄波情況

2號機(jī)故障錄波數(shù)據(jù)表明，在2014年09月28日08時59分51.497秒開始，高廠變12B高低壓側(cè)電流A、B相由約10A左右電流突增至1200A，經(jīng)過約45ms后，發(fā)展成三相短路，短路電流經(jīng)過20ms后，發(fā)展成三相金屬性短路，短路電流由1200A增大至7000A左右(最大電流近7400A)，持續(xù)近3個周波后，59分51.723秒后故障電流消失。如下圖1所示。

圖1 故障錄波情況

2 原因分析

主變壓器差動保護(hù)的兩差動電流分別取自主變高壓側(cè)和GCB開關(guān)靠發(fā)電機(jī)側(cè)，高廠變及其分支在差動保護(hù)范圍內(nèi)。主變差動保護(hù)配置了比率差動、差動速斷和增量差動保護(hù)。其中增量差動為廠家內(nèi)部整定，其啟動值為0.2Ie，折算至主變高壓側(cè)(保護(hù)裝置默認(rèn)基準(zhǔn)側(cè))的差流增量啟動值為0.0227A；大壩自用電變61B電源開關(guān)保護(hù)裝置I段(無延時，速斷)值按躲過變壓器三相短路電流整定，整定值為40A；事故從開始出現(xiàn)到保護(hù)動作開關(guān)跳閘，持續(xù)時間不超過0.13s，而從大壩變到機(jī)組保護(hù)，各級延時保護(hù)最短動作時限為0.3s，故本次分析不考慮延時保護(hù)。

2014年9月28日08時59分51.497秒，大壩自用電變61B發(fā)生A、B相間短路，電流由正常運(yùn)行時10A左右突增至相間短路時電流1200A，折算至874開關(guān)二次電流值為30A，折算至主變差動保護(hù)電流值為0.008A，均達(dá)不到速斷保護(hù)動作值。

經(jīng)過約45ms后，發(fā)展成三相短路，電流未明顯增大，維持在1200A多點。再經(jīng)過20ms后，發(fā)展成三相金屬性短路，短路電流由1200A增大至7000A左右，折算至874開關(guān)二次電流值為175A(由于874開關(guān)CT嚴(yán)重飽和，電流值不但達(dá)不到5P20極限100A，反而下降，保護(hù)裝置動作電流只有58A屬于合理)，折算至主變差動保護(hù)電流值為0.0467A，增量差流值為0.0387A，均大于速斷保護(hù)動作值，故主變增量差動保護(hù)和874開關(guān)I段保護(hù)均動作。

由于主變差動保護(hù)沒有引入高廠變分支，高廠變低壓側(cè)三相金屬短路時，差動保護(hù)感受電流：Icd=0.47In=0.053A。現(xiàn)在主變比率差動按0.6In整定，增量差動0.2In整定，故比率差動能躲過高廠變低壓側(cè)三相金屬性短路電流，而增量差動不能躲過高廠變低壓側(cè)三相金屬性短路電流。增量差動保護(hù)動作方程如下：

其中：Iop=|△Id|，△Id=△I1+△I2+…△In；

△Imax為△I1，△I2，…△In中幅值最大者；

Ires=|max[{△I1，△I2，…，△In}|

從裝置的動作報告分析，增量差動動作值(最大0.046A)遠(yuǎn)大于增量差動最小動作電流0.2Ie(0.0227A)，滿足以上的動作方程，符合增量差動保護(hù)的動作條件。

3 解決辦法及建議

由于增量差動保護(hù)的靈敏度很高，故障過程中各側(cè)的電流畸變產(chǎn)生的增量，對保護(hù)裝置的動作行為影響很大。理論上增量差動保護(hù)有效地消除了正常負(fù)荷分量下不平衡電流的影響，可以作到使動作特性在坐標(biāo)原點附近的死區(qū)很小，故障分量差流最小啟動值ΔIdmin和故障分量拐點制動電流ΔIrmin可以取較小值。但是考慮到CT暫態(tài)傳變時發(fā)生畸變、裝置的測量精度和裝置的電路性能等因素的影響。故障分量差流最小啟動值ΔIdmin不能取得太小。否則，當(dāng)發(fā)生區(qū)外輕微故障時，故障電流中負(fù)荷電流占了較大的比例，發(fā)生故障時暫態(tài)誤差的影響可能使差動電流增大，制動電流減小，故障分量差動保護(hù)制動性能偏弱，引起保護(hù)誤動作，其增量差動保護(hù)動作特性圖如圖2。

圖2 增量差動保護(hù)動作特性

從圖2中可以看出，為了提高該裝置在發(fā)生區(qū)外故障時的可靠性，可將故障分量差動保護(hù)的拐點制動電流取小一些，即適當(dāng)將斜線向橫軸左方平移。本例某水電站W(wǎng)FB-802A保護(hù)裝置如果將斜線向橫軸左方平移0.3A，則0.65×(0.024+0.3)=0.21>0.0227，保護(hù)裝置能可靠制動，建議把此平移量作為保護(hù)裝置的一項定值，以便運(yùn)行中積累經(jīng)驗。

〔1〕陸于平，史世文，吳濟(jì)安，等.微機(jī)發(fā)電機(jī)差動保護(hù)[J].電力自動化設(shè)備，1999(2)：6-10.

〔2〕尹項根，陳德樹，張 哲，等.故障分量差動保護(hù)[J].電力系統(tǒng)自動化，1999(11)：13-17.

〔3〕李毅軍.對故障分量原理的微機(jī)型發(fā)變組差動保護(hù)裝置在運(yùn)行中一些問題的探討[J].繼電器，1996(4)：55-62.

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2095-1809(2017)06-0040-03