水力发电厂继电保护的运行及分析

摘要：文章以某水利枢纽工程的火力发电站为例，结合发电站在厂用变、主变压器、发电机组、2回线路等都配备有继电保护装置分析变压器故障，针对发电厂继电保护运行中的具体问题提出了相应的解决对策。

关键词：水力发电厂；继电保护；运行分析

中图分类号：TM711文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）24-0113-03

某水利枢纽工程是一个低水头大流量水力发电站，该电厂总的装机容量是3×15MW，都是卧轴灯泡贯流式发电机组，在厂用变、主变压器、发电机组、2回线路等都配备有继电保护装置。6.3kV系统使用的是单母线分段接线的方式，也就是在#1机组采用的是6.3kVⅠ段的母线，#2机采用的是6.3kVⅡ段的母线。在实际的运行过程中，且#1机组、#1主变、#2机组、#2主变一起运行的时候，601QF、301QF、6031QS、602QF、302QF、6042QS隔离小车位于合位，在3001QS的母联隔离开关则设置在分位；#1机组、#2机组分别经宜坪Ⅰ303线路、宜坪Ⅱ304线路送古宜变与当地市电网并网运行，生产用电由606QF、605QF送#2、#1厂变提供；依据该县城所被管辖的直辖市的供电局规定的继电保护定值来确定两回出线保护的定值。

该水力发电厂的继电保护装置是由葛洲坝电厂能达公司及华中理工大学合作研发的发电机变压器构成套保护装置。这套继电保护装置是通过几个独立系统所构成，包括有出口层、功能子系统及管理机系统。而在电气结构上面，几个独立系统间是相对独立的，系统间必要联接的地方通过光电进行隔离。装置硬件使用的是V40系统Ⅱ工业控制系统及STD标准总线，这个系统具有较高的可靠性及较宽的适应范围，配备有优良的人机界面，在硬件升级方面也非常便利。整个保护装置配备模块化保护软件，设计灵活、合理，能适应不同容量的变压器组、发电机的保护需求，还能单独适应厂用变压器、发电机、励磁变压器、变压器的保护要求。

1故障分析

“1#主变压器差动”出现了6次保护动作，在其保护的范围之内出现了“合”位断路器事故跳闸。当空载运行主变压器的时候，出现了“#1主变压器差动元件故障”的信号使得继电器出现了掉牌的故障，通过复归保护装置之后运行正常，所以这个差动保护的现象视为误动作。

1.1主变压器差动保护原理

该厂保护装置采用的是单项式，这种设备的原理是利用差电流原理，晶体管元件是检测回路的主要构件。把被保护的装置每侧电流互感器的二次电流引进保护装置里面，当主变压器的内部构件发生故障的时候，被引进装置的电流及流出装置的电流出现差值的时候，差电流的保护动作也就出现了，发出保护动作信号，发电机跳闸。

1.2故障检测及分析

1.2.1检测电流互感器的二次回路绝缘、二次回路接线的极性与接线方法。首先检测的是二次回路绝缘，但是检测的结果显示并无异常，主变压器每侧在“合”位的时候，其被引入的电流和流出装置的电流值之间相位差也正常。

1.2.2检测差动回路接地点。当检测差动回路接地点的时候，#1主变压器的差动回路在Y型接线的各个电流互感器二次侧一点接地，差动回路存在多点接地现象。

1.3差动设备校验

1.3.1保护定值检查。A、B、C三相差流值到达1.5A的时候保护出口；差流值出现在0.4～0.9A之间的时候，“差动元件故障”的信号就从保护装置中发出。动作值和定值相符的时候，发“差动元件故障”信号是误信号。

1.3.2装置特性检测。

1.3.3检测差流。当机组正常运行的时候，检测出差动装置两边的电流为1.06A与1.0A，两边线路的差流值大约为0.06A，而装置整定插头位置5.0（2LH）与3.5（1LH）不能满足N1/N2=I1/I2的关系。

1.3.4检测谐波制动系数。设施二次谐波制动系数为12.13%，检测前两年的检测记录，其制动系数分别为18.5%及17.6%，表明谐波制动回路里面有些构件的特性已经出现偏差。

1.410kVⅠ段母线检测

经检测发现10kVⅠ段母线数属于绝缘电阻，同时经过42kV交流耐压的测试以后也并无不正常的现象出现。

1.5分析差动保护误动作的因由

1.5.1差动装置没有经过完善的调试。虽然装置规定整定值是1.5A，然而由于整定插头的位置不能适应1.5A的要求，所以出现整定值不稳定的故障。去除区外故障又或者是在变压器空投的时候，会有较大的励磁涌流和不平衡电流出现，因为装置的问题不能平衡2LH与1LH之间的电流，同时添上机组运行状况良好的时候所出现的0.06A的差流值，也就让流出装置电流与引入装置的电流之间的差额值已经达到了1.5A，装置不能辨别区外故障与区内故障，这就致使保护装置出口，这就是导致保护装置发出误动作信号的最重要的原因。

1.5.2在主变压器高压侧的两个电流互感器无相匹配。主变压器高压侧的1150与1925断路器所采用的伏安特性、电流互感器型号不相同，当外部短路故障发生的时候，1925上所采用的LRD-110型电流互感器非常轻易就出现饱和的状态，最终致使保护装置发出误动作信号。

1.5.3差动回路有几个点接地的现象。

2解决对策

（1）在实际运行的时候要注意电流互感器是否相匹配的问题，如果发现电流互感器不相匹配的时候，一定要及时处理好。

（2）由于差动回路有几点接地的现象而致使出现分流，又或者是在差动保护电流互感器的接地附近开展电焊作业的时候出现装置的拒动、误动。为了防止这种故障的发生，在电流互感器的二次回路变更为控制室一点接地的方法。

（3）依据运行状况良好的时候设备的差流的关系为N1/N2=I1/I2，调整1LH插头位置到5.0，再次测试保护装置。

经过上面两个方法处理之后，当运行方式改变（在#1变压器空载运行，高压侧断路器“合”位、低压侧断路器在“分”位运行）时，#1主变压器出现差动保护动作。出现这个故障之后，再次进行了整套的检测工作。检测到当变压器的高压侧电流互感器极性的时候，1925与1150这两个电流互感器之间出现240度的相位差，这跟检测数据和运行方法相较发现相位差偏大值达到60°，其余的检测项目都无异常发现，表明高压侧互感器Y/△转换有异常。为此，要寻找一种解决矛盾的方法，使得电流互感器既有足够的反馈深度，而又不产生差动保护动作，这就需要采用相位补偿技术。

经过研究得知，因为二次电流的相位不一样，在外部故障、符合大幅度波动与正常运行的时候同样也会产生一个差流被引入保护装置中，致使保护装置出现误动作。通过几次的试验，为了使1150和1925电流互感器的各个相位差满足规定的范围，采用滞后补偿及超前补偿相结合的方法，再次调整了高压侧互感器Y/△转换。

（4）经过检测，发现#1主变压器差动保护出现误动作的原因，在经过处理之后，运行的安全性及可靠性明显增强，为机组的安全运行提供了有力的保障。

（5）二次谐波制动系数为12.13%，与规定的谐波制动系数相比较，偏低15%～20%。这对变压器空投有利，然而当内部出现故障的时候，有可能会导致主元件动作时间延迟数毫秒，对实际运行没有损害。

参考文献

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[2]王雷．变压器差动保护误动问题分析[J]．科学教研，2010．

[3]佟为明，翟国富．低压电器继电器及其控制系统[J]．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2000．

[4]陈立定，吴玉香，苏开才．电气控制与可编程控制器[J]．广州：华南理工大学出版社，2001．

作者简介：孙红军（1969-），男，供职于大庆石化公司热电厂，研究方向：热能动力。

（责任编辑：周琼）