发电机纵联差动保护误动原因分析

王安甫，徐 明

(1.重庆建峰工业集团有限公司建峰热电厂，重庆408601;2.重庆电力高等专科学校，重庆400053)

0 前言

建峰热电厂是上市公司建峰化工的配套自备电厂，锅炉采用高温高压循环流化床锅炉，以抽气供热为主。本文通过对一起事故的分析，找出差动保护误动的原因，提出改进方法，确保保护动作的可靠性。

1 事故经过

建峰热电厂共有3台机组，1#、2#机组容量为15MW，3#机组容量为25MW。2007年6月29日，3#机组因故停运，1#、2#机组降负荷运行，下网4.5 MW。11时23分，主控室照明灯突然一暗，事故喇叭响。随后检查为热电厂与系统并网的出线开关122距离保护动作跳闸，122开关保护装置动作显示值为11时23分05秒592毫秒，122开关保护启动，14ms零序I段出口，电流为49A;32ms接地距离I段出口X为0.1416Ω，R 为0.3086Ω，C相接地。同时，1#发电机纵差保护动作，差动电流为4.469A，制动电流6A，瞬时跳掉1#发电机。1#发电机跳闸后，2#发电机所能发出的无功功率出现了很大的缺口，2#发电机机端电压急剧下降，2#发电机励磁调节器在强励2次均不能成功的情况下自动逆变灭磁，此时已造成全厂失电。根据事故现象分析，1#发电机纵差保护动作是由于保护区外的系统输电线路接地故障引起的误动。当系统发生接地故障时，1#发电机差动保护与122距离保护几乎同时启动，时限均为0s。

2 原因分析

众所周知，发电机的纵差保护是反应发电机定子及其引出线的相间短路，是发电机的主要保护。建峰热电厂1#发电机差动保护为CSC-306发电机保护装置。继电保护要求对于保护区内的故障，应迅速切除故障，而对于保护区外的故障，保护不应动作。很显然，此次1#发电机纵差保护动作是误动。在分析误动原因之前，让我们先来看一下CSC-306发电机纵差保护原理。

1)CSC-306发电机纵差保护的原理是基于比较发电机中性点及机端电流大小和相位，当两者的电流差达到动作值，差动保护动作，跳开发电机机端断路器。为实现这种比较，在发电机两端各装一组相同型号和相同变比的电流互感器，如图1。发电机纵差保护采集到发电机中性点及机端电流信号后，进行差动电流和制动电流计算。

1 发电机完全纵差保护的交流接入回路示意图

Izd——差动电流

Izd——制动电流

其动作特性方程为:

Icd≥Idz0

Izd＜Izd0

Idz0——差动电流起始值

Kzd——比率制动斜率

Izd0—— 拐点电流

正常运行或区外故障时，发电机两端的电流IT和IN的方向如图1所示，

保护不动作。

内部故障时，

Icd≥Idz0或Icd≥Kzd(Izd-Izd0)+Idz0成立，保护动作，跳开发电机开关。

2)事故后，调出1#发电机保护装置CSC-306故障录波图，如图2所示。

图2 1#发电机保护装置故障录波图

IGNA、IGNB、IGNC 是发电机中性点侧 A、B、C三相电流，IGTA、IGTB、IGTC是发电机机端 A、B、C三相电流。很明显，发电机两侧电流曲线在发生故障后不一致，当差流值与制动电流达到整定值，即图中绿线时刻，便发生发电机差动单相动作。经过调阅故障录波图，为我们分析差动保护误动原因指明了方向。事故后，我们分别对1#发电机差动保护回路及保护装置进行了检查。现场检查发现中性点处差动保护回路1LH用的是测量表计用的电流互感器，且差动保护回路1LH中又串入了故障滤波装置的输入部分。

3)1#发电机保护配置如图3所示。

差动保护两侧电流互感器变比为2500/5。图3中发电机中性点侧1LH、2LH型号是LMCD-10，容量为50VA，为重庆嘉陵互感器厂生产。1LH为0.5级，2LH为D级。发电机机端侧7LH、8LH型号均为LMZBJ1-10W1，7LH为10P15级，8LH也为10P15级。用于差动保护的两侧电流互感器1LH、8LH及用于测量的2LH伏安特性见表1，根据表1绘制的伏安特性曲线如图4所示。

图3 1#发电机保护配置

表1 2LH伏安特性

图4 1LH、2LH、8LH的伏安特性曲线

由图4可明显看出，发电机中性点侧1LH电流互感器饱和电压过低，约为70V，而发电机机端侧8LH电流互感器饱和电压约为280V。正常运行时，差动回路两侧电流互感器1LH、8LH中流过正常负荷电流，两侧电流互感器都工作在线性区，差动继电器中流过的电流接近于0。当系统外线路发生两相接地短路故障时，一次电流突然增大，由于两侧电流互感器伏安特性相差较大，机端侧8LH工作在线性区，而中性点侧1LH工作在饱和区，这样就有较大的不平衡电流流过差动回路，当不平衡电流达到`整定值时，差动保护将误动作。这次发电机差动保护误动作的主要原因是施工单位错将仪表用1LH用于差动保护。测量用和保护用两类电流互感器的工作范围和性能差别很大，一般情况下，0.2级、0.5级准确度绕组应接电能计量仪表，而P级准确度绕组应接继电保护电路。测量级CT为了保证精度，需要选用易饱和类型的CT，在发生短路故障时，由于计量绕组铁心设计时保证在短路电流超过额定电流的一定倍数时，铁心饱和，限制了二次电流增长，以保护仪表。而继电保护绕组铁心设计成不易饱和，二次电流随短路电流相应增大，要求保护用的电流互感器在通过15倍甚至是20倍额定电流的情况下，误差不超过5%或10%，即不出现饱和，以使继电保护准确动作。用2LH取代1LH于差动保护，由表1及图4可以看出，由于2LH的饱和电压远低于8LH，2LH也不能满足要求。

差动保护动作电流取各分支电流的向量和，称为差电流，从差动保护的要求来说，其差动保护几侧的CT的特性应完全一致，负载阻抗相同，剩磁相同，最大程度上减轻不平衡电流，提高灵敏度。当发电机发生最严重的区外故障，即发生发电机出口三相短路时，其三相短路电流为

式中:X″d——发电机直轴超瞬态电抗;

Se——发电机额定容量;

Ue——发电机额定电压。

折算到电流互感器二次侧电流有效值为26.44A。(13220/500=26.24A)峰值为 37.39A。1LH电流互感器二次负载实测值为:1.86Ω(串故障录波装置);而差动保护机端8LH二次负载实测值为:1.35Ω(未串故障录波装置)，假设当保护区外发生三相短路故障时，1LH工作在线性区，则电流互感器二次侧电压为:37.39×1.86=70V，此电压值接近是图4中1LH的饱和电压，说明在保护区外发生最大短路故障时，1LH已饱和，在保护区外发生短路故障时，流过差动回路的不平衡电流会增大，可能会超过保护定值，使保护误动作。

4)让我们来看一下保护定值是否存在问题。本厂1#发电机是带比率制动斜率的完全纵差保护，其定值如下:

纵差最小动作电流:1.0A;

纵差拐点电流定值:2.75A;

纵差特性斜率:0.4。

根据以上定值可画出纵差保护动作特性，如图5折线P所示。

图5 带比率制动特性的发电机纵差保护动作特性

我们查阅了1#发电机保护装置CSC-306的说明书，发现原定值偏小。对于纵差最小动作电流，由于本厂发电机差动保护两侧CT特性不一致，根据说明书，应整定为 0.4IGe，即 0.4×1718/500=1.37A;纵差拐点电流应整定为0.8IGe，即0.8×1718/500=2.75A;纵差特性斜率由于本厂发电机差动保护两侧CT特性不一致，应整定为0.5。由此可在图5中画出根据保护装置说明书给出的新纵差保护动作特性，折线P'。可以看出，两条折线中间的部分即是使用原定值比新定值多动作的区域。也就是说，原定值比新定值更容易动作。

3 处理措施

1)将发电机中性点处的1LH更换成与机端8LH同型号、同厂家，且伏安特性接近的电流互感器。

2)测试差动保护电流互感器的二次负载阻抗应满足要求，且差动二次回路上不应再串接其他电流元件(如故障录波)，两侧负载阻抗应相同。

3)对差动保护电流互感器必须进行定期校验，两侧的电流互感器伏安特性应接近。

4)对于差动保护定值应根据现场实际情况进行校验核对。

4 结论

2007年9月29日9时24分，110kV系统出线122开关距离保护零序Ⅰ段动作，动作电流44A，测距2.4km，C相接地。此次故障122开关正常跳开，其它电气系统运行稳定，没有误动。调出1#发电机保护装置CSC-306故障滤波如图6所示。

图6 1#发电机保护装置故障录波图

从图6中可明显看出，在故障前后，差动回路的两组电流互感器所反映的二次电流是一致的，电流波形未发生畸变，差动保护未发生误动作，措施合理有效。

［1］郭晓东.电力互感器产品选型、设计、技术参数与设备运行检修及事故预防处理技术手册［M］.北京:中国知识出版社，2005.

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