大桥电厂主变激磁涌流造成发电机差动保护误动的分析及防范

许 钧，刘朝云

(凉山州大桥水电开发总公司，四川西昌 615000)

1 概述

大桥电厂位于四川省冕宁县境内，具有年调节能力，于2000年6月28日建成投运。电厂上游的大桥水库总库容为6.5亿m3，兴利库容5.9亿m3，调节性能十分良好，在枯水期可对四川主网的攀西电网进行调频、调峰。大桥电厂装机4×22.5MW，总装机容量为90MW，通过一条220 kV桥棉线接入四川主网，线路全长74.9km;另一条110kV大南线接入攀西电网，线路全长11 km。电厂的主接线方式为扩大单元接线。正常运行方式为4台机组发电经主变升压后，通过220kV桥棉线并入四川电网运行;在枯水期或电网需要时，11F、12F机组通过220kV桥棉线接入四川主网运行，13F、14F机组通过110kV大南线接入攀西电网运行。

大桥电厂的11F、12F发电机组和11B主变构成Ⅰ段扩大单元发变组接线，13F、14F发电机组和12B主变构成Ⅱ段扩大单元发变组接线。两台主变保护装置是由许昌继电器厂生产的WHB—100型保护装置，4台发电机保护装置是由许昌继电器厂生产的WFB—100型保护装置。在多年的运行过程中，保护装置的性能良好，运行稳定、可靠。但是，在运行过程中，先后两次出现对12B主变进行空载充电时引起11F发电机差动保护动作，跳发电机出口开关，甩20MW负荷的故障现象。其中，以2006年8月14日11F发电机差动保护动作跳闸较为典型。笔者对此进行了探讨与分析。

2 运行方式、电气主接线及现场情况

2.1 电气设备型号及参数

11F主变的型号:SFP9－63000/220

接线组别:Y/Δ

12F主变的型号:SFP9－90000/220

接线组别:Y/Y/Δ

发电机型号:SF22.5－10/3250

容量:22.5MW

电压等级:10.5kV

发电机机端侧CT型号:LZZBJ9－10GY

变比:2000/5A

发电机中性点侧CT型号:LAJ－10

变比:2000/5A

2.2 电气一次主接线的接线方式

接线方式见图1。

2.3 现场设备的运行方式

在对12B主变进行充电前的运行方式为:断路器QF101、QF201、QF251处于合闸位置，断路器QF102、QF103、QF104、QF202、QF151处于分闸位置，两台主变的中性点地刀G2019、G2029、G1029处于合闸位置，11F发电机通过11B主变带20MW的负荷，并入220kV电网运行。12F发电机、13F发电机、14F发电机处于停机态。

2.4 接调度命令合断路器QF202开关，对12B主变进行空载充电时保护装置的动作情况

2006年8月14日晚，接调度命令合断路器QF202，对12B主变进行空载充电，21时46分13秒11F发电机保护装置的差动保护动作，跳出口断路器QF101开关，甩负荷20MW.

图1 12B主变充电引起11F、11B保护误跳的潮流图

表1 差动保护动作量与发电机正常运行时的参数对照表

3 11F发电机保护装置动作原因分析

3.1 发电机保护装置差动保护动作情况

11F发电机差动保护动作后，从微机保护装置中打印出的故障信息可以看出，11F发电机A、C两相的动作量为1.039A和1.448A。通过与表1中正常运行参数相比较，A、C两相的电流值已远远超过正常运行参数值，已经达到了差动保护最小动作电流整定值，因此，必将引起差动保护动作。为了证实保护装置运行是否正常，差动保护是否是误动，在11F发电机跳闸甩负荷后的第一时间，我们立即停运了11F发电机，并对11F发电机保护装置进行了全面检查，用外加故障量的方法对保护装置进行调试，以差动保护最小动作电流整定值为依据，外加故障量校验差动保护的功能，找出了差动保护的动作边界，作出了图形并与保护装置技术说明书中的参数相比较，判定保护装置正常，差动保护确实动作。从保护区的范围看，差动保护区的范围已远远超出了发电机机端CT的安装地点，已到达变压器处，属于区外故障，由此认为发电机差动保护的最小动作电流整定值整定的过低，保护装置是以强调差动保护灵敏性而牺牲可靠性为代价的，因此而造成了差动保护的动作。

3.2 引起发电机差动保护动作的原因

(1)如图1所示，在合12B主变高压侧断路器QF202对12B主变充电时，即12B主变空投的瞬间，产生了很大的励磁涌流，此励磁涌流包括两部分:一部分由220kV系统提供，如图1中的电流I1，另一部分由11F发电机提供，如图1中的电流I2，且在并列运行的11B主变上产生了和应涌流。励磁涌流的数值一般较大，本应引起变压器保护装置的差动保护动作，但由于在变压器差动保护中采用了比率制动的特性，增设了防涌流误动的二次谐波闭锁判据，并且在变压器差动保护定值的整定中充分考虑了励磁涌流对变压器保护装置的影响，已经适当提高了可靠系数用以避开变压器产生的励磁涌流，因此变压器保护装置的差动保护没有动作。而对于11F发电机来说，这个电流突变的效果是穿越性的，必将在发电机的一、二次回路中产生影响，当产生的励磁涌流比较大时，对发电机来说，好似在发电机的保护区外出现了短路故障，如果励磁涌流越大，则呈现出的短路故障现象越明显;当11F发电机机端和中性点两侧的CT型号、参数以及暂态特性不一致时，在12B主变空投出现暂态饱和的暂态过程中，在11F发电机保护差动回路中产生了差流，该差流的大小以及11F发电机机端和中性点两侧的CT暂态特性不一致的程度与CT负荷等因素有关，当差流达到差动保护最小动作电流整定值时，引起了11F发电机差动保护动作。

(2)差动保护动作的另外一个原因是其整定值过小。设计人员在定值整定计算时，完全照搬“大机组整定导则”来整定，其原因是多方面的。其中一个最主要、最直接的原因是小机组从设计、制造工艺到现场安装等各方面都不如大机组严格。对于小型发电机的差动保护，整定值的可靠系数一般取0.4～0.6倍比较恰当，而大桥电厂11F发电机差动保护的定值系数则取为0.22，显然偏小。因此，差动保护就会在励磁涌流较大时灵敏的动作。

4 防止励磁涌流及和应涌流产生时发电机差动保护动作的策略

(1)适当提高发电机差动保护的最小动作电流定值，将差动保护动作值的可靠系数从0.22提高至0.42，即最小动作电流 从 0.806A提 高 到1.5288A，此时对发电机差动保护的灵敏度进行校验如下:

通过计算得短路电流Idf·min(2)=4642(A)，因此灵敏度为:

显然，灵敏度满足要求。由此可见，上述差动保护定值调整的方案不影响差动保护的灵敏性，完全是可行的。

(2)对12B主变进行充电时，在12B主变中性点接地的情况下，将与12B主变并联运行且处于运行态的主变11B的中性点地刀G2019拉开，消除和应涌流。由于和应涌流是通过两台并联运行变压器的中性点构成回路的，在拉开运行的主变11B中性点地刀G2019后，可以达到阻断和应涌流通道的目的，防止涌流的增大，避免11F发电机差动保护动作。但是，在采用这种方式时，虽然可以消除和应涌流的影响，却出现了一个新的问题，就是在拉开运行的主变11B中性点地刀G2019后，会出现主变11B中性点没有接地的问题:一是对主变11B零序电流保护有影响;二是在这种短时间退出地刀的时间段，如果系统出现过电压又该怎么办呢?这时，我们必须将主变11B的零序电流电压保护投入，如出现过电压且当过电压值达到一定值时，会将中性点间隙击穿，此时变压器的零序电流电压保护会动作，使系统在出现过电压时零序电流电压保护能有效地保护变压器进而消除过电压的危害。

5 结语

变压器在空投过程中产生励磁涌流的情况下，和应涌流伴随发生的情况比较普遍。而在电力系统中，为了零序网络的需要，对于并联运行的变压器，一般只要求一台变压器的中性点接地，另一台变压器的中性点不接地。但在一台变压器并入220kV系统运行，另一台变压器由停运态转为运行态的过程中，将出现两台变压器的中性点同时接地的情况。为防止励磁涌流的产生及和应涌流的叠加，在发电机CT二次侧出现差流，造成发电机差动保护误动，可将两台变压器中性点接地方式改为一台接地。另一方面，在发电机、变压器差动保护的整定计算中，要充分考虑差动保护躲励磁涌流的情况，在满足灵敏性的前题下，适当提高差动保护的最小动作值，由此来避免变压器空载投运时发电机变压器差动保护的误动作。

［1］潘和勋.电力系统继电保护原理［M］.成都:成都科技大学出版社，1996.

［2］刘正山.发电厂电气设计和计算［M］.成都:成都科技大学出版社，1994.

［3］王维俭.发电机变压器继电保护应用［M］.北京:中国电力出版社，2005.