300MW汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)變組大差動保護(hù)誤動原因探析

1、#1發(fā)變組大差動保護(hù)誤動原因探析 摘要：本文以我廠1發(fā)變組大差動保護(hù)誤動時其它保護(hù)動作情況及DAS記錄的各電氣量作為分析依據(jù)，對我廠1發(fā)變組大差動保護(hù)誤動原因進(jìn)行分析。提出變壓器過激磁時所產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)勵磁電流是使保護(hù)誤動的主要原因，提出了解決問題建議，并依據(jù)CD-1型繼電器的動作特性對建議的可行性進(jìn)行了校核。關(guān)鍵詞：發(fā)變組大差動保護(hù) 誤動 原因1 問題的提出 1998年1月3日晚23：30，1機(jī)事故停機(jī)，發(fā)變組大差動保護(hù)及發(fā)電機(jī)過電壓保護(hù)動作。事故發(fā)生后，我們立即展開對事故原因的調(diào)查，調(diào)查結(jié)果表明：發(fā)變組大差動保護(hù)范圍內(nèi)無任何異常，發(fā)變組大差動保護(hù)及發(fā)電機(jī)過電壓保護(hù)常規(guī)試驗均合格。從當(dāng)時DAS記

2、錄數(shù)據(jù)及過電壓保護(hù)運行經(jīng)驗來看，過電壓保護(hù)正確動作率應(yīng)在99以上，但大差動保護(hù)動作原因何在？由此聯(lián)想到2發(fā)變組在168h試運期間，即96年12月10日9：00，發(fā)變組大差動保護(hù)也出現(xiàn)過一次至今原因不明的動作。因此，很有必要對大差動保護(hù)動作原因進(jìn)行分析。但由于2發(fā)變組動作距今時間較長，當(dāng)時正值168h試運期間，時間較緊，也未留下技術(shù)數(shù)據(jù)，故在此只能以1發(fā)變組大差動動作為例進(jìn)行分析。2 發(fā)變組大差動保護(hù)動作原因分析：2.1發(fā)變組大差動保護(hù)動作前后的發(fā)電機(jī)運行技術(shù)數(shù)據(jù)：運行工況有功P(MW)無功Q(MVAR）電壓U(KV)轉(zhuǎn)子電流If可控硅輸出電流IL可控硅輸出電壓UL正常180519.951250

3、1069事故狀態(tài)1807020.92736295292.2技術(shù)數(shù)據(jù)分析：從以上數(shù)據(jù)可看出，1機(jī)勵磁電流出現(xiàn)異常增大，發(fā)電機(jī)電壓及無功快速增加，勵磁系統(tǒng)呈現(xiàn)出強(qiáng)勵的特征?？紤]到DAS對電氣量采集間隔時間為1s，并聯(lián)系到發(fā)電機(jī)的定子過電壓保護(hù)動作，由此可推斷出發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓在事故結(jié)束前最少達(dá)到1.2Ue，其延續(xù)時間達(dá)到0.5s以上，那么，考慮到勵磁不斷增大的趨勢，這種趨勢可理解為線性增加，因為強(qiáng)勵時轉(zhuǎn)子電流可達(dá)5300A左右，以上的DAS采樣值2376A還小于這一數(shù)值。在這0.5S時間間隔，其機(jī)端電壓峰值應(yīng)可達(dá)到1.3Ue。畫簡單示意圖如下： A點：故障起始點 B點：DAS采樣點1 C點：過電壓

4、保護(hù)啟動點 D點：過電壓保護(hù)動作點 E點：DAS采樣點2(因保護(hù)動作已將故障消除，故無采樣數(shù)據(jù))假設(shè)DAS保護(hù)采樣點2緊跟過電壓保護(hù)動作后(這種假設(shè)應(yīng)可成立，否則機(jī)端電壓會更高），則從DAS采樣點1至過電壓保護(hù)啟動用時為1S 0.5S = 0.5S，機(jī)端電壓由1.05Ue上升至1.2Ue,上升0.15Ue ,考慮發(fā)電機(jī)磁路有飽和現(xiàn)象，機(jī)端電壓與轉(zhuǎn)子電流在后0.5S并非完全線性關(guān)系，故在后0.5S內(nèi)，機(jī)端電壓上升0.1Ue而達(dá)到1.3 Ue是完全可能的。2.3 發(fā)變組大差動保護(hù)動作原因分析：2.3.1 發(fā)變組大差動保護(hù)的特點： 發(fā)變組大差動的保護(hù)范圍簡單點說包括發(fā)電機(jī)、主變、高廠變。正是由于其保

5、護(hù)范圍內(nèi)有變壓器，因此，發(fā)變組大差動保護(hù)相對于發(fā)電機(jī)差動保護(hù)來說，有以下主要特點：1. 發(fā)變組大差動保護(hù)兩側(cè)電流互感器的電壓等級、變比、容量及鐵芯飽程度不一致，使差動回路的穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)不平衡電流都較大。2. 變壓器由于運行時需要勵磁電流，而這種勵磁電流只有變壓器的原邊才存在，因此，反映在差動回路中，這種勵磁電流就是差動保護(hù)不平衡電流的主要來源。2.3.2 變壓器勵磁電流特點：我們知道，變壓器勵磁電流在正常運行時很小，對于大型變壓器，勵磁電流約為額定電流電流的1，這么小的電流，反映到差動回路中，也就是1Ie不平衡電流，并不足以對保護(hù)動作行為產(chǎn)生影響。另外，我廠主變與發(fā)電機(jī)共同組成發(fā)變組單元接線，不

6、存在主變空載合閘，也就是說，無勵磁涌流問題。但是我廠主變?yōu)?70MVA，屬大型變壓器，其工作磁密已接近飽和磁密，當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端發(fā)生過電壓時，其勵磁電流會劇增，有資料(1)表明，當(dāng)機(jī)端電壓達(dá)1.3Ue時，其勵磁電流可達(dá)0.4Ie以上。根據(jù)U=4.44fN知，U/4.44fN，即與U成正比，但由于工作磁密已接近飽和磁密的原因，與勵磁電流已不是線性關(guān)系，與勵磁電流的關(guān)系見附圖：2.3.3 我廠1發(fā)變組大差動保護(hù)動作原因：從上可知，在此次事故中，1機(jī)機(jī)端電壓已達(dá)1.3Ue，其發(fā)變組大差動保護(hù)差動回路中不平衡電流包括主變勵磁電流、高廠變勵磁電流及2.3.1中(1)項所述不平衡電流之和。估算如下：主變0.4

7、Ie，高廠變 40MVA * 0.4 / 370MVA = 0.04Ie，2.3.1中(1)項不平衡電流設(shè)計時要求在外部短路時小于0.1Ie，考慮到此次事故中機(jī)端電壓大幅升高到1.3 Ue，由于機(jī)組并于網(wǎng)上，因而相應(yīng)的無功輸出會大為增加，使定子電流相應(yīng)增加，因而二次不平衡電流也會較正常時增加許多。在此估算為0.02Ie,故此次發(fā)變組大差動保護(hù)差動回路中不平衡電流可能已達(dá)0.46Ie。而我廠1發(fā)變組大差動保護(hù)差動定值當(dāng)時僅為0.3Ie，因此，動作不可避免。3. 解決問題的建議：在發(fā)變組大差動保護(hù)回路中，總存在著變壓器這一元件，由于過勵磁情況下的穩(wěn)態(tài)勵磁電流并不同于勵磁涌流的特征，它僅僅是正常勵磁

8、電流的增大，波形并無太大畸變，因此，變壓器勵磁電流存在是解決問題的難點所在。資料(2)表明,若不采用新型保護(hù)，從原理上講，集成電路型發(fā)變組大差動保護(hù)要完全躲開勵磁電流對保護(hù)的影響是不可能的。但是我們可以通過提高差動保護(hù)定值的方法來減小勵磁電流對保護(hù)的影響，只是需要重新對其保護(hù)靈敏度進(jìn)行校驗。3.1 原定值為0.3Ie時靈敏系數(shù)KLM的校驗：由XXX電廠發(fā)變組保護(hù)整定計算說明書知，在最小運行方式下機(jī)端出現(xiàn)兩相短路時，其短路電流I(2)dmin =74.65KA，根據(jù)其等效阻抗圖： 其中系統(tǒng)側(cè)正序、負(fù)序阻抗相等，發(fā)電機(jī)側(cè)正序阻抗0.0448略小于負(fù)序阻抗0.0453，近似取其相等，不影響計算結(jié)果。

9、根據(jù)其等效阻抗圖：系統(tǒng)側(cè)提供的短路電流約為Id1 = 0.045 * 74.65 / (0.11+0.045) = 21.6KA發(fā)電機(jī)側(cè)提供的短路電流約為Id20.11* 74.65 / (0.11+0.045) = 52.9KA根據(jù)CD1差動繼電器的比率制動特性知：其制動電流為各側(cè)最大的電流，由于發(fā)電機(jī)側(cè)Id2>系統(tǒng)側(cè)Id1，故Id2為制動電流。另外，該繼電器的動作特性如圖所示，其拐點在0.7Ie處，斜率為(制動系數(shù))約為0.55。發(fā)電機(jī)中性點CT變比為15000 / 5A。 流入繼電器的電流為：Ij = 74.65 * 103 / 15000 / 5 =24.88A在此情況下，繼電器

10、的動作電流Idz.j為：Idz.j = 0.3Ie + 0.55 * ( Idz / 15000 /5 0.7Ie) = 1.5 + 0.55 * (52.9 * 103 / 3000 3.5)= 9.255A故靈敏系數(shù)KLM=24.88 / 9.255 = 2.68 > 2 靈敏系數(shù)滿足要求。3.2 現(xiàn)定值0.5Ie的靈敏系數(shù)校驗：短路電流計算同3.1，繼電器動作特性如圖：流入繼電器電流：Ij = 74.65 * 103 / 15000 / 5= 24.88A繼電器動作電流：Idz.j =0.5Ie + 0.55 * ( 52.9 *103 / 15000 / 5 0.7Ie)=10.

11、25A靈敏系數(shù)KLM24.88 / 10.25 =2.42 > 2靈敏系數(shù)滿足要求。3.3 若定值調(diào)為0.6Ie時靈敏系數(shù)的校驗：短路電流計算同3.1，繼電器動作特性如圖：流入繼電器電流：Ij = 24.88A繼電器動作電流：Idz.j = 0.6Ie + 0.55 * ( 59200 / 15000 / 5 0.7Ie )=10.75A靈敏系數(shù)KLM24.88 / 10.75 = 2.31 > 2靈敏系數(shù)滿足要求。3.4 若定值調(diào)為0.7Ie(此繼電器調(diào)整上限為0.7Ie)，靈敏系數(shù)校驗：短路電流計算同3.1，繼電器動作特性如圖所示：流入繼電器電流： Ij = 24.88A繼電器動作電流：Idz.j = 0.7Ie + 0.55 * (59200 / 15000 /5 0.7Ie)=11.25A靈敏系數(shù)KLM24.88 / 11.25 = 2.15 > 2靈敏系數(shù)滿足要求。3.5 結(jié)論和建議從2.3.3