水库电站增效扩容技术改造主变冲击合闸差动误动作

2016-06-01蔡庆同

黑龙江水利科技 2016年3期

关键词：电流互感器

蔡庆同

(漳州市峰头水库管理局，福建漳州 363000)

水库电站增效扩容技术改造主变冲击合闸差动误动作

蔡庆同

(漳州市峰头水库管理局，福建漳州 363000)

摘要：差动保护是变压器的主要保护，该保护要求准确可靠，而励磁涌流则是差动保护误动最主要的原因之一，文章就变压器差动保护误动作的一个实例，总结励磁涌流造成差动保护误动一种表现形式，以及具体解决办法。

关键词：计算机监控系统；微机差动保护；电流互感器；励磁涌流；比率制动

0引言

峰头水库现在运行的1#机组(左岸电站)、2#机组(右岸电站)是1994—1995年投产电站，经过20几年的运行，设备老化严重，2014年12月进行增效扩容技术改造前期工作，2015年12月28日左电站装机容量5000kw机组开始动工改造。

主要改造范围：装设全厂性的计算机监控系统，并对电站进行二次系统安全防护及继电保护改造，以提高电站的综合自动化水平。其中微机保护控制由湖南紫光测控有限公司中标，采用其成套微机保护系统。

本站系统运行主结线图如图1所示：

图1　水库电站系统运行主结线图

1故障现象

安装改造基本结束后进行系统调试。调试结果运行正常，各项技术指标均达到合乎设计要求。尝试对主变冲击合闸，则出现主变差动信号，断路器动作跳闸，主变不能上电。技术人员检查一遍，未能检查出原因，包括一次设备，二次设备都没问题，微机继电保护定值计算正确，设置也对。尝试重新合闸再行冲击上电，信号出现，断路器动作，故障依旧存在[1]。

2原理分析

为什么在系统冲击送电时会出现主变差动保护动作？电气设备安装技术人员分别对主变内部三相绕组、二次保护(含纵差保护)回路元件测试，未能发现任何异常；对整定值进行仔细校核，也未能发现任何异常。

该主变运行时纵差保护接线如图2所示。工作原理是在主变正常工作时，流过电流互感器TA1、TA2二次侧电流十分接近，即IT约等于IN，这细微的电流差量是电流互感器生产工艺差异即流性差异造成的，这电流差量小于差动保护单元整定的差动保护定值，差动保护不动作[2]。但当两电流互感器TA1、TA2间线路(含主变内部绕组)发生短路时，流过电流互感器TA1、TA2的电流差值剧急增大，当其差值增大到纵差保护的整定电流(18.4A)以上时,差动保护动作，主变断路器跳闸，设备得以保护，避免故障扩大。

图2　主变差动原理图

差动速断保护是过电流保护，它不经任何闭锁回路，直接动作到断路器。

带比率制动特性的纵差保护的比率差动动作方程如下：

Icd≥Idz0+ K1(Izd-Izd0)

(1)

式中：Icd为差动电流；Idz0为差动启动定值，Izd为制动电流；K1为比率制动系数；Izd0为制动电流定值。

对于变压器：

Icd=│Ih+ Il│

Izd=│Ih-Il│/2

(2)

式中：Ih，Il分别为主变的高压侧相量和低压侧的电流的基波电流相量。

经过反复的校验TA1和TA2间线路(连同主变内部绕组)都没有检查出故障,二次回路元件接线也正常,差动保护却动作?

3问题探讨

紫光测控有限公司采用5000系列监控保护系统为3000(V2.0)系列的升级产品，亦定义为3000(v2.2)系列。

该系统采用32位高性能DSP(数字信号处理器)和高速以太网络通信技术设计，应用在发变组、电动机、电力变压器、电抗器等等电力设备的保护及测控。这是一套非常成熟的微机保护控制系统，已成功的在多家发电站投入运行，效果明显，运行可靠[3]。

图3　保护动作区

主要功能设置：

1)继电保护功能:

差动速断保护功能；

差动保护功能(采用二次谐波制动和比率制动原理，可受TA断线闭锁控制)；

TA断线报警功能；

控制回路断线报警功能；

四路非电量控制功能，可设置为油位、温度等监控对象输入。

2)系统有开关量输入：12路；交流模拟量输入：6路；直流模拟量输入：1路；8路开关量输出：8路。

3)系统有掉电告警功能。

4)系统具有故障录波功能，最长可录波20s。

5)系统对时功能：主机软件对时、脉冲对时，可实现gps对时。

6)系统掉电后，最多可以保存最新40次报警记录[4]。

7)系统设有1个RS485总线通信接口和1个以太网通信接口，能够实现双网通信。

峰头水库电站1#机组主变主保护为DCAP-5040差动保护，该保护比率差动启动电流为1.8A，返回系数：0.95；差动速断电流为18.04A，返回系数：0.95；比率制动系数为0.5，循环电流(制动电流)定值为3.61A。这个成熟的保护系统应该不会出现此类的故障，那又是怎么造成的呢？经过漳州市峰头水库管理局和厂家技术人员的共同分析，最终把怀疑的目光投向主变的励磁涌流这一原因。

励磁涌流是指变压器在空载投入或外部故障切除后恢复供电时，在变压器的绕组中产生的暂态电流。这暂态电流的产生原因:当变压器投入运行时，变压器铁芯中的剩余磁通与变压器加载工作电压产生的磁通方向相同,这两种磁通相互叠加产生的总磁通量大大超过铁芯的饱和磁通量,它能够在变压器内产生极大的涌流,这涌流的峰值可能达到变压器额定电流的6～8倍。

励磁涌流的大小与变压器投入运行时电源的相角、电源的系统阻抗、变压器自身铁芯的剩余磁通有关。变压器投入运行的电压曲线过零瞬间，励磁涌流则达到极大值(即磁通峰值)。

励磁涌流中可分解出直流分量和高次谐波分量,这两分量能够随时间衰减而衰减，衰减时间的长短则受制于回路中的电阻和电抗,也和变压器的容量有关，大容量变压器在5～10 s,小容量变压器则在0.2s左右[5]。

为了减小、降低励磁涌流对微机保护的影响，我们采用了几个常用的抑制方法，效果不是很明显，故障仍在。那问题是在哪了，有没有与电流互感器流性差异相关呢？技术人员对主变高低压侧电流互感器TA1和TA2的技术特性进行更加详细的测试：根据变压器正常运行电流数值，将两组电流互感器输入相应的电流，在额定范围内，逐步加大输入电流，测的两组电流互感器二次电流几乎同步加大，即两组电流互感器的特性曲线几乎完全重叠。继续加大电流，当输入的一次电流超过额定值后，随着一次电流的增大，两组电流互感器特性曲线出现显著的差异，差值甚至超过了微机差动保护的整定值，这应该就是这次差动保护动作的原因[6]。

在变压器空载投入时，将产生数值很大的励磁涌流，如果两组电流互感器的技术特性有较大差别且保护用的电流互感器只能保证稳态误差，不考虑暂态误差，会使其两侧电流互感器转变后的二次电流达到或甚至超过微机差动保护的整定电流值造成保护误动作[7]。

故障的原因找出后着手处理，把主变高低压侧的电流互感器更换上同厂家同种工艺生产合格的互感器，检查无误后重新测试，随着一次电流的增大，两组电流互感器的差量也随之增大，但变化量在微机差动保护的整定电流值内。再尝试送电，差动信号不再出现，故障排除，调试得以继续进行。

特别要说明的是，出于节省改造资金的考虑，这次水库电站增效扩容技术改造更换大部器件，有部分能够正常使用的元器件没有纳入更换范畴，1#机组主变高压侧的电流互感器没有更换，一新一旧的元器件造成特异性的差异变大，导致差动信号出现。

4减少故障的主要处理措施

主要有以下4点：

1)用于差动保护的必须采用差动保护专用的高精度高性能的电流互感器，这样能够使两组电流互感器的技术特性尽量相同。

2)采用同厂同种工艺生产的电流互感器。

3)另外还要防止在主变因为外部故障，出现暂态过程，电流互感器不能正确地反应出一次侧电流，从而带来的幅值和相位误差，必须对采用的比率制动式差动保护的最大动作电流、比率制动电流及比率制动系数的整定值进行重新的校核和整定，以可靠地躲过非周期暂态电流及主变励磁涌流的影响。

4)必要时采用二次谐波制动。

参考文献：

[1]郭仁雄.小水电站经营收益与可持续发展探讨[J].现代农业科技，2013(06)：56-60.

[2]韩勇.浅谈应用新技术提高小水电站设备改造水平[J].科技创新与应用，2013(30)：33-34.