300MW汽轮发电机发变组大差动保护误动原因探析

1、#1发变组大差动保护误动原因探析 摘要：本文以我厂1发变组大差动保护误动时其它保护动作情况及DAS记录的各电气量作为分析依据，对我厂1发变组大差动保护误动原因进行分析。提出变压器过激磁时所产生的稳态励磁电流是使保护误动的主要原因，提出了解决问题建议，并依据CD-1型继电器的动作特性对建议的可行性进行了校核。关键词：发变组大差动保护 误动 原因1 问题的提出 1998年1月3日晚23：30，1机事故停机，发变组大差动保护及发电机过电压保护动作。事故发生后，我们立即展开对事故原因的调查，调查结果表明：发变组大差动保护范围内无任何异常，发变组大差动保护及发电机过电压保护常规试验均合格。从当时DAS记

2、录数据及过电压保护运行经验来看，过电压保护正确动作率应在99以上，但大差动保护动作原因何在？由此联想到2发变组在168h试运期间，即96年12月10日9：00，发变组大差动保护也出现过一次至今原因不明的动作。因此，很有必要对大差动保护动作原因进行分析。但由于2发变组动作距今时间较长，当时正值168h试运期间，时间较紧，也未留下技术数据，故在此只能以1发变组大差动动作为例进行分析。2 发变组大差动保护动作原因分析：2.1发变组大差动保护动作前后的发电机运行技术数据：运行工况有功P(MW)无功Q(MVAR）电压U(KV)转子电流If可控硅输出电流IL可控硅输出电压UL正常180519.951250

3、1069事故状态1807020.92736295292.2技术数据分析：从以上数据可看出，1机励磁电流出现异常增大，发电机电压及无功快速增加，励磁系统呈现出强励的特征。考虑到DAS对电气量采集间隔时间为1s，并联系到发电机的定子过电压保护动作，由此可推断出发电机的机端电压在事故结束前最少达到1.2Ue，其延续时间达到0.5s以上，那么，考虑到励磁不断增大的趋势，这种趋势可理解为线性增加，因为强励时转子电流可达5300A左右，以上的DAS采样值2376A还小于这一数值。在这0.5S时间间隔，其机端电压峰值应可达到1.3Ue。画简单示意图如下： A点：故障起始点 B点：DAS采样点1 C点：过电压

4、保护启动点 D点：过电压保护动作点 E点：DAS采样点2(因保护动作已将故障消除，故无采样数据)假设DAS保护采样点2紧跟过电压保护动作后(这种假设应可成立，否则机端电压会更高），则从DAS采样点1至过电压保护启动用时为1S 0.5S = 0.5S，机端电压由1.05Ue上升至1.2Ue,上升0.15Ue ,考虑发电机磁路有饱和现象，机端电压与转子电流在后0.5S并非完全线性关系，故在后0.5S内，机端电压上升0.1Ue而达到1.3 Ue是完全可能的。2.3 发变组大差动保护动作原因分析：2.3.1 发变组大差动保护的特点： 发变组大差动的保护范围简单点说包括发电机、主变、高厂变。正是由于其保

5、护范围内有变压器，因此，发变组大差动保护相对于发电机差动保护来说，有以下主要特点：1. 发变组大差动保护两侧电流互感器的电压等级、变比、容量及铁芯饱程度不一致，使差动回路的稳态和暂态不平衡电流都较大。2. 变压器由于运行时需要励磁电流，而这种励磁电流只有变压器的原边才存在，因此，反映在差动回路中，这种励磁电流就是差动保护不平衡电流的主要来源。2.3.2 变压器励磁电流特点：我们知道，变压器励磁电流在正常运行时很小，对于大型变压器，励磁电流约为额定电流电流的1，这么小的电流，反映到差动回路中，也就是1Ie不平衡电流，并不足以对保护动作行为产生影响。另外，我厂主变与发电机共同组成发变组单元接线，不

6、存在主变空载合闸，也就是说，无励磁涌流问题。但是我厂主变为370MVA，属大型变压器，其工作磁密已接近饱和磁密，当发电机机端发生过电压时，其励磁电流会剧增，有资料(1)表明，当机端电压达1.3Ue时，其励磁电流可达0.4Ie以上。根据U=4.44fN知，U/4.44fN，即与U成正比，但由于工作磁密已接近饱和磁密的原因，与励磁电流已不是线性关系，与励磁电流的关系见附图：2.3.3 我厂1发变组大差动保护动作原因：从上可知，在此次事故中，1机机端电压已达1.3Ue，其发变组大差动保护差动回路中不平衡电流包括主变励磁电流、高厂变励磁电流及2.3.1中(1)项所述不平衡电流之和。估算如下：主变0.4

7、Ie，高厂变 40MVA * 0.4 / 370MVA = 0.04Ie，2.3.1中(1)项不平衡电流设计时要求在外部短路时小于0.1Ie，考虑到此次事故中机端电压大幅升高到1.3 Ue，由于机组并于网上，因而相应的无功输出会大为增加，使定子电流相应增加，因而二次不平衡电流也会较正常时增加许多。在此估算为0.02Ie,故此次发变组大差动保护差动回路中不平衡电流可能已达0.46Ie。而我厂1发变组大差动保护差动定值当时仅为0.3Ie，因此，动作不可避免。3. 解决问题的建议：在发变组大差动保护回路中，总存在着变压器这一元件，由于过励磁情况下的稳态励磁电流并不同于励磁涌流的特征，它仅仅是正常励磁

8、电流的增大，波形并无太大畸变，因此，变压器励磁电流存在是解决问题的难点所在。资料(2)表明,若不采用新型保护，从原理上讲，集成电路型发变组大差动保护要完全躲开励磁电流对保护的影响是不可能的。但是我们可以通过提高差动保护定值的方法来减小励磁电流对保护的影响，只是需要重新对其保护灵敏度进行校验。3.1 原定值为0.3Ie时灵敏系数KLM的校验：由XXX电厂发变组保护整定计算说明书知，在最小运行方式下机端出现两相短路时，其短路电流I(2)dmin =74.65KA，根据其等效阻抗图： 其中系统侧正序、负序阻抗相等，发电机侧正序阻抗0.0448略小于负序阻抗0.0453，近似取其相等，不影响计算结果。

9、根据其等效阻抗图：系统侧提供的短路电流约为Id1 = 0.045 * 74.65 / (0.11+0.045) = 21.6KA发电机侧提供的短路电流约为Id20.11* 74.65 / (0.11+0.045) = 52.9KA根据CD1差动继电器的比率制动特性知：其制动电流为各侧最大的电流，由于发电机侧Id2>系统侧Id1，故Id2为制动电流。另外，该继电器的动作特性如图所示，其拐点在0.7Ie处，斜率为(制动系数)约为0.55。发电机中性点CT变比为15000 / 5A。 流入继电器的电流为：Ij = 74.65 * 103 / 15000 / 5 =24.88A在此情况下，继电器

10、的动作电流Idz.j为：Idz.j = 0.3Ie + 0.55 * ( Idz / 15000 /5 0.7Ie) = 1.5 + 0.55 * (52.9 * 103 / 3000 3.5)= 9.255A故灵敏系数KLM=24.88 / 9.255 = 2.68 > 2 灵敏系数满足要求。3.2 现定值0.5Ie的灵敏系数校验：短路电流计算同3.1，继电器动作特性如图：流入继电器电流：Ij = 74.65 * 103 / 15000 / 5= 24.88A继电器动作电流：Idz.j =0.5Ie + 0.55 * ( 52.9 *103 / 15000 / 5 0.7Ie)=10.

11、25A灵敏系数KLM24.88 / 10.25 =2.42 > 2灵敏系数满足要求。3.3 若定值调为0.6Ie时灵敏系数的校验：短路电流计算同3.1，继电器动作特性如图：流入继电器电流：Ij = 24.88A继电器动作电流：Idz.j = 0.6Ie + 0.55 * ( 59200 / 15000 / 5 0.7Ie )=10.75A灵敏系数KLM24.88 / 10.75 = 2.31 > 2灵敏系数满足要求。3.4 若定值调为0.7Ie(此继电器调整上限为0.7Ie)，灵敏系数校验：短路电流计算同3.1，继电器动作特性如图所示：流入继电器电流： Ij = 24.88A继电器动作电流：Idz.j = 0.7Ie + 0.55 * (59200 / 15000 /5 0.7Ie)=11.25A灵敏系数KLM24.88 / 11.25 = 2.15 > 2灵敏系数满足要求。3.5 结论和建议从2.3.3