趙國亞

（嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪 628400）

亭子口水電站2號(hào)主變增量差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作分析

趙國亞

（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(shí)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(dòng)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(dòng)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(shí)或變壓器保護(hù)區(qū)外發(fā)生短路故障時(shí)，也易引起微機(jī)保護(hù)裝置增量差動(dòng)誤動(dòng)作。本文就亭子口水電站2號(hào)主變增量差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作進(jìn)行探討，僅供參考。

變壓器增量差動(dòng)；動(dòng)作分析

增量差動(dòng)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△表示故障分量，故障分量差動(dòng)保護(hù)應(yīng)用于保護(hù)裝置有其有利的一面，增量差動(dòng)不受正常運(yùn)行的負(fù)荷電流的影響，具有比比率差動(dòng)更高的靈敏度，由于比率差動(dòng)保護(hù)的制動(dòng)電流的選取包括正常的負(fù)荷電流，變壓器發(fā)生弱故障時(shí)，比率差動(dòng)保護(hù)由于制動(dòng)電流大，可能延時(shí)動(dòng)作。增量差動(dòng)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(dòng)保護(hù)的保護(hù)裝置有誤動(dòng)的現(xiàn)象，有必要對其進(jìn)行進(jìn)一步分析和說明。本文以亭子口水電站實(shí)際運(yùn)行中一次區(qū)外故障為實(shí)例，闡述故障分量差動(dòng)保護(hù)實(shí)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∶59∶51，監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)“2號(hào)機(jī)組故障錄波啟動(dòng)”、“2號(hào)機(jī)組主變保護(hù)A套保護(hù)動(dòng)作”、“2號(hào)機(jī)組主變保護(hù)B套保護(hù)動(dòng)作”、“2號(hào)機(jī)組主變保護(hù)A套差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作”、“2號(hào)機(jī)組主變保護(hù)B套差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作”信號(hào)；1號(hào)、2號(hào)發(fā)電機(jī)出口開關(guān)1、2跳閘，500 kV 5001、5003開關(guān)跳閘，2號(hào)發(fā)電機(jī)滅磁開關(guān)跳閘，1號(hào)、2號(hào)高廠變低壓側(cè)開關(guān)801、802跳閘；廠用10 kV系統(tǒng)I、II段母線失電，大壩10 kV I段失電。400 V系統(tǒng)1/2號(hào)機(jī)自用電、3/4號(hào)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400 V I段電源進(jìn)線開關(guān)461跳閘，大壩400 V I段失電；2號(hào)機(jī)組事故停機(jī)，1號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)至空載運(yùn)行，3號(hào)、4號(hào)機(jī)組、3號(hào)、4號(hào)主變及500 kV開關(guān)5002正常運(yùn)行，全廠總負(fù)荷由1 050MW減至500MW。

對2號(hào)主變、高廠變保護(hù)動(dòng)作檢查情況：2號(hào)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∶59∶51.711“主變增量差動(dòng)”保護(hù)動(dòng)作。查閱保護(hù)跳閘出口動(dòng)作報(bào)告，“主變增量差動(dòng)”保護(hù)動(dòng)作時(shí)A相差流0.04 A，B相差流0.04 A，C相差流0.046A。2號(hào)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∶59∶51.713“主變增量差動(dòng)”保護(hù)動(dòng)作。查閱保護(hù)跳閘出口動(dòng)作報(bào)告，“主變增量差動(dòng)”保護(hù)動(dòng)作時(shí)A相差流0.041 A，B相差流0.039 A，C相差流0.045 A。2號(hào)主變、高廠變其余保護(hù)無異常情況。

10 kV系統(tǒng)保護(hù)檢查情況：大壩10 kV I段大壩用電變61B電源開關(guān)874保護(hù)裝置報(bào)“過流I段t1動(dòng)作，過流I段t2動(dòng)作”；現(xiàn)場查閱保護(hù)動(dòng)作報(bào)告，在2014年09月28日08∶59∶51過流I段保護(hù)動(dòng)作，動(dòng)作時(shí)A相電流58A，B相46 A，C相45A。802開關(guān)柜保護(hù)裝置無保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，無異常啟動(dòng)信號(hào)。

故障錄波情況：2號(hào)機(jī)故障錄波數(shù)據(jù)表明，在2014年09月28日08∶59∶51.497開始，高廠變12B低壓側(cè)電流A、B相由約10 A左右電流突增至1 200 A，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1 200 A增大至7 000 A左右（最大電流近到7 400 A），持續(xù)近3個(gè)周波后，08∶59∶51.723故障電流消失。

2　原因分析

主變壓器差動(dòng)保護(hù)的兩差動(dòng)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(dòng)保護(hù)范圍內(nèi)。主變差動(dòng)保護(hù)配置了比率差動(dòng)、差動(dòng)速斷和增量差動(dòng)保護(hù)。增量差動(dòng)為廠家內(nèi)部整定，其啟動(dòng)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(dòng)值為0.022 7 A；大壩用電變61B電源開關(guān)保護(hù)裝置I段（無延時(shí)，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(dòng)作開關(guān)跳閘，持續(xù)時(shí)間不超過0.13 s，而從大壩變到機(jī)組保護(hù)，各級(jí)延時(shí)保護(hù)最短動(dòng)作時(shí)限為0.3 s，故本次分析不考慮延時(shí)保護(hù)。

2014年9月28日08∶59∶51.497，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(shí)10 A左右突增至相間短路時(shí)電流1 200 A，折算至874開關(guān)二次電流值為30 A，折算至主變差動(dòng)保護(hù)電流值為0.008 A，均達(dá)不到速斷保護(hù)動(dòng)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1 200A多點(diǎn)。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175 A（由于874開關(guān)CT嚴(yán)重飽和，電流值不但達(dá)不到5P20極限100 A，反而下降，保護(hù)裝置動(dòng)作電流只有58 A屬于合理），折算至主變差動(dòng)保護(hù)電流值為0.0467A，增量差流值為0.038 7 A，均大于速斷保護(hù)動(dòng)作值，故主變增量差動(dòng)保護(hù)和874開關(guān)I段保護(hù)均動(dòng)作。

由于主變差動(dòng)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(shí)，差動(dòng)保護(hù)感受電流：Icd==0.47In＝0.053 A?，F(xiàn)在主變比率差動(dòng)按0.6In整定，增量差動(dòng)按0.2In整定，故比率差動(dòng)能躲過高廠變低壓側(cè)三相金屬性短路電流，而增量差動(dòng)不能躲過高廠變低壓側(cè)三相金屬性短路電流。增量差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作方程如下：

其中：Iop=|△I˙d|，△I˙d=△I˙1+△I˙2+…△I˙n；

△I˙max為△I˙1，△I˙2，…△I˙n中幅值最大者；

Ires=|max{△I˙1，△I˙2，…△I˙n}|

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

3　解決辦法

由于增量差動(dòng)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(dòng)作行為影響很大。理論上增量差動(dòng)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(dòng)作特性在坐標(biāo)原點(diǎn)附近的死區(qū)很小，故障分量差流最小啟動(dòng)值△Idmin和故障分量拐點(diǎn)制動(dòng)電流△Irmin可以取較小值。但是考慮到CT暫態(tài)傳變時(shí)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(dòng)值△Idmin不能取得太小。否則，當(dāng)發(fā)生區(qū)外輕微故障時(shí)，故障電流中負(fù)荷電流占了較大的比例，發(fā)生故障時(shí)暫態(tài)誤差的影響可能使差動(dòng)電流增大，制動(dòng)電流減小，故障分量差動(dòng)保護(hù)制動(dòng)性能偏弱，引起保護(hù)誤動(dòng)作，其增量差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作特性如圖1所示。

圖1

從圖1可以看出，為了提高該裝置在發(fā)生區(qū)外故障時(shí)的可靠性，可將故障分量差動(dòng)保護(hù)的拐點(diǎn)制動(dòng)電流取小一些，即適當(dāng)將斜線向橫軸左方平移。本例亭子口水電站W(wǎng)FB-802A保護(hù)裝置如果將斜線向橫軸左方平移0.3 A，則0.65×（0.024+0.3）=0.21＞0.0227，保護(hù)裝置能可靠制動(dòng)，建議把此平移量作為保護(hù)裝置的一項(xiàng)定值，以便運(yùn)行中積累經(jīng)驗(yàn)。

[1]陸于平，史世文，吳濟(jì)安，等.微機(jī)發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，1999（1）.

[2]尹項(xiàng)根，陳德樹，張哲，等.故障分量差動(dòng)保護(hù)[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)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(dòng)保護(hù)裝置在運(yùn)行中一些問題的探討[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，1996（4）：55-62.

[4]許繼電氣.WFB-802A/F型微機(jī)保護(hù)裝置原理說明書[Z].許昌，2012.

TM772

B

1672-5387（2016）11-0020-02

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.11.006

2016-09-07

趙國亞（1984-），男，助理工程師，從事水電站電氣二次設(shè)備維護(hù)檢修工作。