发电机记忆过流保护动作分析

2012-08-09兀鹏越侯瑞杨奎刚王小辉韩炜炜

电力建设 2012年1期

兀鹏越，侯瑞，杨奎刚，王小辉，韩炜炜

(1.西安热工研究院有限公司，西安市，710043;2.华能铜川电厂，陕西省铜川市，727100;3.南瑞继保电气有限公司，南京市，211100)

0 引言

常见的自并励接线发电机的后备过流保护一般设置有电流记忆功能。这是因为当短路点靠近发电机机端时，发电机电压下降，导致励磁电流减小，进一步导致发电机电压下降，使得短路电流衰减变小，故障电流在过流保护动作出口前可能已小于过流定值，过流保护提前返回导致保护拒动。因此，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。

这种逻辑有效解决了自并励发电机靠近机端短路后故障电流衰减导致保护无法动作的问题。但是，当机组断路器内侧故障，如主变高压侧接地或短路，当主保护动作跳闸后，故障点仍然存在，发电机仍然向故障点提供电流。这时候，由于电流记忆功能的存在，在主保护已经动作的情况下，过流保护依然会动作。如果过流保护出口方式整定不合理，就有可能扩大事故范围。

国家电力调度通信中心《国家电网公司系统继电保护近年来典型故障通报》(调继［2009］239号文件)中的陕西铜川电厂“12.06”事故即属于这种类型。本文通过对此次事故过程的详细分析，明确了发电机记忆过流保护的出口方式，并对发电机变压器组的后备保护配置问题进行了探讨。

1 系统介绍

1.1 铜川电厂主系统

华能铜川电厂一期1号600 MW亚临界空冷机组，发电机-变压器组单元接线接入升压站330 kV配电装置，升压站采用双母线接线，一期两回线路至池阳330 kV变电所。系统主接线见图1。

图1 铜川电厂1号机组主接线Fig.1 Main connection of No.1 unit in Tongchuan power plant

1.2 发电机后备保护配置及整定

(1)保护配置。铜川1号发电机变压器组保护采用南京南瑞继保公司的RCS-985发变组保护装置，双重化配置。按照传统发电机变压器组保护配置，设复合电压记忆过流保护作为发电机、变压器、高压母线和相邻线路故障的后备，在主保护或断路器拒动的情况下第1时限t1动作于跳母联断路器，第2时限t2动作于跳本断路器。其逻辑见图2。

图2 复压过流保护逻辑Fig.2 Logic diagram of compound voltage over-current protection

(2)定值整定。发电机复压过流保护I段动作电流Iop按躲过发电机额定电流整定，整定值为5.07 A。复压过流保护I段时间t1按与330 kV线路相间后备保护最长时间tlmax配合(或躲过系统振荡延时)，整定t1=tlmax+0.5 s=1.7 s。过流保护I段经发电机复合电压闭锁投入，低电压定值60 V，负序电压定值5 V，带电流记忆功能。

2 事故经过

2008年12月6日，铜川电厂在进行1号机组空冷岛水冲洗作业时，水从空冷岛下落到1号主变高压侧B相避雷器上并结冰，引起1号主变避雷器对地发生短路。在14:42时刻，1号发变组保护A、B柜“主变差动速断”保护动作，跳开主变高压侧3301断路器，关闭1号机组主汽门，跳开灭磁开关，启动厂用电切换。约1.7 s后，1号发变组保护A、B柜“发电机过流I段”动作，在1号主变高压侧3301断路器已断开的情况下，跳高压侧母联开关3300。事故经过记录见表1，保护动作值见表2。

事故的故障录波见图3。

3 事故分析及处理

3.1 事故分析

从图3(a)、(b)可以看出，变压器B相对地短路后，主变高压侧B相电压消失，B相电流增大。在图3(c)、(d)中，由于主变是Y，D11接线，发电机 A、B 相流过短路电流。由表2看出，主变B、C相差流达到12Ie，而主变差动速断定值为5Ie，因此主变差动速断立即正确动作，跳开主变高压侧断路器3301，将故障点与系统隔离。

图3 故障录波Fig.3 Fault data recording

主变差动速断动作后，跳开主变高压侧开关及灭磁开关，非故障相电流立即消失，由图3(b)、(d)中可以看出主变高压侧A、C相电流变为0，发电机C相电流变为0。此时，灭磁开关也已经分开，励磁变已不再向转子提供励磁电流，但此时转子电流并不是立即变为0，而是经励磁系统转子侧非线性灭磁电阻回路导通，转子内存储的能量被灭磁电阻逐渐消耗，转子电流按指数规律下降，发电机电压也按相同规律逐渐下降，则故障电流也按此规律逐渐衰减。

当灭磁开关断开时，由表2中的发电机电压可以计算出该时刻负序电压为5.7 V，大于复合电压负序电压整定值5 V;同时，短路电流也大于过流I段定值Iop，满足图1中的复压过流保护I段逻辑条件，保护延时t1启动。由于发电机电压的持续存在，发电机持续向故障点提供短路电流，当t1经过1.7 s延时后，发电机A、B相电流已衰减到0.45 A，此电流值虽然已经远小于过流I段定值5.07 A，但仍大于复压过流保护的有流判据(约为0.1Ie)，过流I段保护仍然能够动作，跳开3300母联断路器，使事故范围扩大。

由于母联断开改变了330 kV系统运行方式，西北网调将这次事故定性为误动作。

3.2 解决方案

(1)修改保护逻辑。由图1可知，此次记忆过流保护动作行为完全符合厂家复压记忆过流保护逻辑，应该属于正确动作。显然，原逻辑主要是防止自并励机组靠近机端发生短路时，故障电流会衰减，导致过流保护无法动作的问题，并没有考虑到故障点发生在开关内侧，当机组开关跳开后，仍然有故障电流存在的这种特殊情况。因此，由厂家修改了保护程序，在发电机过流I段保护中加入经发变组并网状态闭锁的逻辑，对应于铜川电厂双母线接线和无机端断路器的情况，即经主变高压侧开关位置闭锁。当发变组主保护动作，断路器跳开后，发电机记忆过流保护将不再动作。修改后逻辑见图4。

图4 修改后的复压过流保护逻辑图Fig.4 Logic diagram of modified compound voltage over-current protection

(2)修改定值，取消发电机记忆过流保护跳母联方式。发电机记忆过流保护动作对跳母联断路器的作用在于发生线路出线故障或者母线故障时，在线路和母线保护拒动的情况下，由记忆过流保护作为后备保护动作，缩小故障范围。实际上由于目前220 kV及以上的线路和母线都配置了双重化快速主保护，当单母线故障时，双重化的母差保护完全可以在第1时限由单母线小差动作，实现故障隔离，母线保护不要求用发电机记忆过流保护做后备。即使必须使用系统远后备保护，也应该采用不带电流记忆功能的主变相间后备保护。《西北电力系统并网电厂继电保护反事故措施要点(西电调字［2010］71号)》规定:发电机带记忆功能的复压过流保护应取消跳母联功能，由变压器后备保护实现跳母联功能。

综合考虑，原定值中发电机记忆过流Ⅰ段作为系统远后备保护跳母联的出口方式利少弊多，改为机组解列灭磁或全停。

4 发电机配置后备保护的讨论

DL/T 684—1999《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》规定:大机组本身已经配备双重或者多重主保护。尽管如此，大机组装设简化的后备保护仍是必要的［1］。

从近年现场的情况来看，发电机阻抗保护已基本不用，较为简单的复压过流保护仍普遍配置，但在使用中仍有不少问题。例如，文献［2］介绍了一次发电机记忆过流保护误动跳母联的案例，而文献［3］还提出低压记忆过流应第1时限跳母联或采用分段的出口方式。因此，应根据当前继电保护的发展对发电机配置后备保护的意义做进一步探讨。

按照继电保护配置原则，中、小型发电机、变压器只装设1套主保护，当主保护或有关断路器拒动时，应为被保护设备或相邻元件提供后备保护。对于目前的大机组，对于任一内部故障，具有2套或以上的主保护灵敏动作，即双重化主保护配置，因此从近后备保护来说，大型发电机变压器组已经无需装设。220 kV以上线路及母线因装设双重主保护，所以线路及母线未要求发电机变压器组提供远后备保护［4］。而目前220 kV以上断路器均配备专门的断路器失灵保护，在断路器拒动时跳开相邻断路器，因此也不需要发电机后备保护承担此功能，故不必用发电机相间后备保护作为系统的远后备保护。建议进一步简化发电机的后备保护，逐步取消发电机后备保护［5-6］。