主变高压侧过流保护动作的原因分析及处理

徐国华，龚建超

（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江 天台 317200）

0 设备概况

某抽水蓄能电厂共有4台300MW 机组和4台360 MVA主变，机端电压18kV，机组和主变采用联合单元接线，主变高压侧额定电压520kV,500kV系统采用内桥接线方式，正常运行方式为500kV桥开关在合闸位置，500kV系统合环运行。电厂主接线如图1。

图1 主接线图

主变保护采用奥地利ELIN公司的数字元件保护系统DRS（Digital relay System），具有人机接口和故障录波功能，共有A，B两套保护，主保护双重配置，分别设置于两块保护盘内（+JB01，+JB02），通过主变保护盘的跳闸矩阵出口跳闸。

主变DRS保护装置是一个全数字模块保护系统，其核心为微处理控制单元VE，每套保护由4个处理器VE1～VE4组成，每个VE独立工作，一个处理器的故障不影响其它处理器中保护的正常运行，提高了运行可靠性，处理器模块之间互不影响。主变高压侧过流保护（51T-B）设置在B套VE3处理器中，是主变及其低压侧连接设备的后备保护。保护分两段，按躲过励磁涌流和主变空载运行工况电流并与相邻后备保护配合整定，电流取自主变高压侧流变（变比为1250/1），采用过电流判别元件。其动作后果为：本组合单元两台机组跳GCB、FCB、停机、灭磁；跳相连厂变高压开关和SFC输入开关；跳500kV分段桥开关和本组合单元侧的线路开关；启动500kV线路开关和500kV分段桥开关失灵保护，闭锁500kV线路开关重合闸，送监控总跳闸，故障录波。

主变高压侧过流保护整定值如表1：

表1 主变高压侧过流保护原整定值

1 第一次动作情况及原因分析

某次，2号机按网调调度员命令发电开机，并网成功后，在带负荷过程中（机组额定负荷300MW，已带负荷150 MW），由于“2号主变保护B组过流保护51T.1/2-B1段动作”导致2号机事故停机，正在发电稳态运行的1号机也事故停机，500kV出线Ⅰ线路开关跳闸，500kV分段桥开关跳闸,10kV厂用电BZT动作切换正常。现场检查和上位机信号相符，2号主变B组保护屏上主变过流保护51T.1/2-B跳闸指示灯亮，保护故障记录和事件记录表明主变过流保护1段动作，录波表明主变高压侧二次B相电流达到0.14A左右，三相电流平衡，线电压98.9V。事故跳闸相关设备检查无异常，除2号主变外，其它设备无异常信号。

主变过流保护按设计要求仅作为降压变压器后备保护，在发电/电动机开关合上后应被闭锁（由开关二次辅助接点启动中间继电器闭锁）。保护动作时，2号机正在发电带负荷过程中，发电机开关已合上，此时过流保护动作，实际负荷值为0.14A左右，超过整定值，保护动作出口，动作原因是因为机组开关合上后，其二次辅助接点丢失，没有能够正确闭锁保护。

2 第二次动作情况及原因分析

某次，在进行500kV二单元复役操作合500kV出线II线路开关对500kV桥II引线及3号和4号主变充电时，4号主变保护B组过流保护51T.1/2-B2段动作，500kV出线II线路开关合闸后瞬时分开，合闸操作不成功。现场检查一次设备正常，4号主变保护盘面显示和上位机信号相符，经调取B组保护故障录波波形和保护装置事件记录，发现4号主变高压侧励磁涌流如下图2所示（有效值），其中A相励磁涌流初始达到0.477A，衰减到0.35A持续时间超过0.3s，主变高压侧过流保护51T.1/2-B2段定值为0.35A，延时0.3s（此定值和动作时间为2号主变高压侧过流保护动作后重新整定的），A相励磁涌流已达到主变保护动作临界值，保护跳闸。保护跳闸原因为过流保护没有躲过主变励磁涌流引起。

图2 4号主变波形记录图

3 存在的问题

通过对以上两次事故的分析，可知主变高压侧过流保护的设置存在以下问题：

3.1 闭锁条件不够可靠

机组开关合上后，由开关的一辅助接点去启动中间继电器闭锁，如果这仅有的一接点或者中间继电器出现问题，保护便不能被可靠闭锁。而为了与相邻后备保护相配合，保护整定值又不能太高，所以一旦保护没有被闭锁住，则其实际值就肯定会超过整定值，导致保护动作。

3.2 主变过流保护定值未能躲过励磁涌流

2号主变的高压侧过流保护因闭锁失败动作后，根据设备的实际情况，将4台主变过流保护的2段整定值做了修改。由于主变高压侧额定二次电流为：

计算式中：360MVA为主变的额定容量

520kV为主变高压侧额定电压

1250为保护所取的主变高压侧的CT变比

而2段的原整定值只有0.3A，为了避免保护误动将其由0.3A改成0.35A，延时时间也由0.2s提高至0.3s。但修改后4号主变高压侧过流保护还是因为没有能够躲过励磁涌流而动作，证明励磁涌流数据收集不充分，整定值仍需修改。

4 改进措施

针对主变高压侧过流保护存在的问题，并结合设备的实际情况采取了以下措施：

（1）原主变过流保护闭锁条件为机组开关的一副辅助接点引入主变保护闭锁，并且无信号上送监控。将闭锁条件改为采用双路机组开关位置接点，分别启动两个中间扩展继电器，利用两个扩展继电器的输出接点并联后输入保护装置去闭锁主变过流保护，并将闭锁信号上送监控。新增的一幅接点增加了闭锁的可靠性，闭锁信号的上送则有助于对保护运行情况的监视和保护动作后对其动作原因的分析。主变过流保护闭锁回路改进示意图如图3所示（以2号主变为例）：

图3 主变过流保护闭锁回路改进示意图

（2）保护装置防止误动和拒动始终是无法两全的，提高了整定值，降低了误动的几率，但亦即提高了保护拒动的几率[1]。主变高压侧过流保护是当主变作升压变压器时退出（被闭锁），作降压变压器时起作用，所以其定值的设置要按作降压变压器使用时和厂高变配合整定，既要考虑和相邻后备保护配合的合理性，又要根据实际情况考虑能否躲过励磁涌流。考虑到主变的主保护是双重配置，拒动的几率极低，所以以躲励磁涌流为主。由于1段用作主变压器高低压侧相间短路故障后备保护，为了躲励磁涌流，需提高其整定值，而为了保证和相邻后备保护的配合，应缩短其动作延时；2段保护范围延伸到厂变高压侧，因此其整定值不能太高，保持不变，但为了躲过励磁涌流，需延长其动作时间。重新修改过的整定值如表2：

2 主变高压侧过流保护新整定值

5 结语

抽水蓄能电站在电网中承担调峰、填谷、调频、调相以及事故备用任务，正发挥着越来越重要的作用[2]，主变的稳定运行对于抽水蓄能电厂以及整个电网都有着极为重要的意义。由于主变的主保护都是双重配置，基本上能快速的反应主变的故障或不正常的运行状态，并且能够可靠动作，因此主变高压侧过流保护作为主变及其低压侧连接设备的后备保护，正确设置其定值，并保证其不误动就显得尤为重要。基于对两起保护动作事故的原因分析和设备的实际情况采取的异动措施取得了预期的效果，也积累了相关经验。

[1]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].3 版.北京：中国电力出版社，2000.

[2]梅祖彦.抽水蓄能发电技术[M].北京：机械工业出版社，2005.