发电机复合电压启动过电流保护误动原因

邵 彬,柳海鹏

（乌鲁瓦提水力发电厂,新疆 和田 848000）

乌鲁瓦提水电厂位于新疆和田喀拉喀什河上游,距离和田市74 km。电厂安装4台混流式立轴水轮发电机组,总装机容量为4×15 MW,发电机额定电压10.5 kV。发电机与主变采用两机一变扩大单元接线,主变容量为2×40 000 kVA,原110 kV出线2回,110 kV侧为内桥接线,后增加1回出线（乌兵线1925）,110 kV侧接线变为非标准接线（如图1所示）。

发电机保护主要由纵联差动保护、复压电压启动过电流保护、失磁保护、过励保护、定子过电压保护、过负荷保护、转子一点接地保护、定子单相接地保护、电压互感器断线保护等构成。

1 事故经过

2009年5月19日,1～4号发电机10 kV厂区1线1011、2线1012,110 kV乌和线1929、乌拉线1918、乌兵线1925运行,1号、2号主变、1号厂变运行,2号厂变停运。13：51,乌拉线1918侧发生短路故障,引起2号发电机复合电压启动过电流Ⅱ段保护动作,导致110 kV乌拉线断路器1918、110 kV乌兵线断路器1925、110 kV母联断路器1150、1号发电机出口断路器01DL、2号发电机出口断路器02DL、10 kV厂区1线断路器1011、1号厂变101CB跳闸,厂用电消失。

图1 系统主接线图

2 发电机复合电压启动过电流保护

根据系统主接线,将复合电压启动过电流保护（复压过流保护）作为主变、厂变和10 kV厂区线路过电流保护的后备保护,二次原理如图2所示。保护回路由负序电压继电器-KVN1、低电压继电器-KV1、电流继电器（-KA1、-KA2、-KA3）、时间继电器-KT1、信号继电器-KS2构成。装置动作情况如下。

a.当发生不对称短路时,故障相电流继电器动作,同时负序电压继电器动作,其动断触点断开,使低电压继电器-KV1失压,动断触点闭合,启动时间继电器-KT1。时间继电器-KT1非延时常开触点闭合,闭锁记忆电流继电器触点回路, -KT1经整定延时启动信号和跳闸回路,延时设为两段,发电机复压过流Ⅰ段和发电机复压过流Ⅱ段。发电机复压过流Ⅰ段跳母联1150开关,复压过流Ⅱ段跳主变差动,将主变两侧相关的断路器全部断开。

b.当发生对称短路时,由于短路初始瞬间会出现短时负序电压,-KVN1动作,使-KV1失去电压。当负序电压消失后,-KVN1返回,动断触点闭合,此时加于-KV1线圈上的电压是对称短路时的低电压,只要该电压小于低电压继电器返回电压,-KV1不返回,-KV1动断触点闭合,电流继电器动作,启动时间继电器-KT1。其他动作原理与不对称短路时相同。

因此,复压过流保护在发生对称短路和不对称短路时都有较高的灵敏度。

3 误动原因

3.1 保护记录

图2 二次原理展开图

表1 元件校验结果

保护动作整定二次值：负序电压为7 V,低电压为80 V,过电流为4.8 A,TA变比为1 500/5 （A）,TV变比为10.5/0.1（kV）;动作时限过流Ⅰ段3.1 s、过流Ⅱ段3.4 s。

发电机保护动作后,乌拉线1918线路保护打印信息显示距离保护启动,距离电厂247.8 km,而本线路保护范围为65.8 km,超出保护范围,为区外故障,未跳闸,但该线路下一级线路BC相短路,该级保护已在故障发生0.5 s内切除故障。

3.2 误动原因

根据保护配置原则,当外部发生短路时,如果故障点附近保护无法切除,就应1918乌拉线后备保护相间距离Ⅲ段动作（保护范围为268 km）,而不应是发电机后备保护动作（过流Ⅰ段时间为3.1 s）。故障时间只持续了0.5 s,故1918相间距离Ⅲ段时间整定值为2.2 s,装置虽然启动,但时间未满足跳闸要求而返回。因此,发电机复压过流保护动作为越级跳闸。

对2号保护装置过流保护元件进行校验,校验结果如表1所示。

由表1可以看出,电流继电器、时间继电器、低电压继电器动作值与整定值相符,电流继电器和电压继电器返回系数满足要求,但负序电压继电器定值与实际值有偏差。检验负序电压继电器动作整定值（采用模拟相间短路检验方法）,接线如图3所示。

负序电压继电器在电力系统中能反映出三相不对称电压的负序电压分量,可以采用模拟相间短路检验方法对负序电压继电器进行电气性能检验,利用对称分量法将三相不对称相量分解成三组对称分量（正序分量、负序分量和零序分量）。检验时将被试装置输入端任意两相短接,模拟相间短路,然后与非短接极之间施加单相电压。在负序电压继电器中有负序电压分量,施加的检验电压与负序电压的关系：动作电压=3×负序动作电压。而检验时认为负序动作电压=动作电压,因此,检验时认为负序动作电压为7 V,实际为7/3=4 V,导致负序电压整定值低于保护定值。随后对保护回路进行检验,现场跳闸逻辑符合规程要求。

图3 模拟相间短路负序动作电压检验接线图

当1918线路外部发生短路时,发电机出口存在负序电压,由于负序继电器大于整定值（4.6 V）而启动,导致低电压继电器-KV1失电闭合,同时引起电流继电器KA2、KA3和时间继电器-KT1动作,并使电流继电器记忆。虽然故障点附近保护装置在0.5 s内切除故障,电流继电器返回,但由于电流记忆回路的存在及负序继电器不能正确反映系统负序电压,复压过流保护一直无法返回,导致时间继电器KT1的2个时间t1、t2满足跳闸定值而越级跳闸。

4 处理措施

a.核对负序电压继电器整定值

按图3接线对负序电压继电器进行检验,使其动作电压为7 V×3=12.124 V,保证保护动作正确。

b.改变发电机复压过流保护出口跳闸方式

图4 改造后二次原理展开图

由图1主接线可以看出,发电机复压过流Ⅱ段跳闸将导致110 kV乌拉线断路器1918、乌兵线断路器1925、母联断路器1150、1号发电机出口断路器01DL、2号发电机出口断路器02DL、10 kV厂区1线断路器1011、1号厂变101CB 7个断路器跳闸,跳闸范围大,导致厂用电消失,直接危及设备安全,需改变跳闸方式。

复压过流Ⅱ段由原来的跳主变差动改为跳发电机本侧（发电机断路器）。如图4所示,复压过流Ⅰ段跳闸逻辑仍然动作于母联断路器1150,以缩小故障范围。

当发电机外部发生短路故障时,若在复压过流时限内故障仍未切除,发电机断路器动作,切断流向短路点的短路电流。当某一台机组复压过流保护误动时,只切除自身,不会使停电范围扩大,从而提高了保护动作的选择性。

c.拆除电流记忆回路

复压过流保护作为发电机近后备保护时,自并励发电机由于发电机的端部发生三相短路,电流衰减很快,故障电流在过流元件动作出口前就可能已经返回,而此时故障可能还存在,保护拒动,失去了后备保护的作用。因此,在复合电压过流保护启动后,过流元件需带记忆功能,使保护能可靠动作出口。而复压过流保护作为主变及其他相邻设备的远后备保护,按照要求不应设置电流记忆回路,在此次短路故障中,如没有记忆回路,故障将被切除,即便负序电压继电器-KVN1没有复归,电流继电器-KA 2、-KA 3复归,之前启动的时间继电器也会返回,避免跳闸事故发生。因此,需要拆除复压过流保护的电流记忆回路（见图4）,低电压继电器动断触点-KV 1与电流继电器-KA1、-KA2、KA3的动合触点并联,再与时间继电器-KT动作线圈串联。

5 结束语

此次误跳闸的主要原因是对负序电压继电器的检验方法认识不够,导致定值整定偏低,从而引发发电机复合电压启动过电流保护越级跳闸。经过重新核对矫正,并对相关回路进行改造,从根本上提高了保护动作的可靠性和选择性。经1年多运行实践证明,运行正常、动作可靠。随着微机保护技术的不断发展,微机保护在事故追忆、可靠性、正确性等方面有着常规保护不可比拟的优势,常规继电器型保护装置已无法满足电网发展的需要,因此,只有彻底将常规型保护微机化才是保证保护动作可靠的最佳措施。

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