雷击引起发电机失磁保护动作原因及对策

刘丰

(四川江口水力发电(集团)厂,四川宣汉 636150)

雷击引起发电机失磁保护动作原因及对策

刘丰

(四川江口水力发电(集团)厂,四川宣汉 636150)

对普通SiC阀片避雷器及无间隙ZnO避雷器技术性能进行了对比,分析了雷击引起发电机失磁保护动作的原因,并得到有效解决。

雷击 发电机失磁保护 对策分析

1 基本情况

四川江口水力发电(集团)厂位于四川省宣汉县城北1km处，年雷电日数37天，属较多发雷区。总装机容量3×17MW，以110KV和35KV两个电压等级输电线路接入两个供电系统，发电机型号SF17-28-550，额定电压6.3KV，额定电流1947A，功率因数0.8，同步电抗Xd=0.72，额定水头26米，额定转速214.3r/min，定子接法4Y。主变1B型号为:SFSL7-50000/110Uk1-2=17.9%，UK1-3=9.9%，UK2-3=6.35%，Pk1-2=268.5KW，PK1-3=227.9KW，PK2-3=183.358KW，P0=50.6KW，I0=0.5%，生产厂家为西安变压器厂，于1992年5月建成投产。

2 发电机保护设置情况

发电机主要保护设置有纵差保护、低压过流保护、过电压保护及失磁保护(延时0.5S)，失磁保护采用0°接线，动作逻辑如图1所示，选用许昌继电器厂生产的LZ-2型阻抗继电器。

动作阻抗整定为ZA=2.802Ω，ZB=28.02Ω，最大灵敏角Φ＝269°，装置动作时间≯50ms，低电压元件DYJ动作整定值UDY＝84V，延时整定为t=0.5s。

图1 失磁保护动作逻辑

图2 发电机失磁保护原理框图

图3 过电压保护接线

失磁保护原理框图如图2所示。

3 失磁保护故障情况

35kV两回送往国家电网线路经过地区为页岩地质，电阻率(20×102Ω.m)较高，接地电阻较大，雷击过电压较难对大地释放。其过电压保护接线如图3所示。

设计安装时，在6kV、35kV母线、线路起端分别装设了FCD-6型磁吹避雷器和FZ-35阀式避雷器(非线性系数为0.319-0.361，灭弧电压为41KV)，在2002年之前投运的10年时间里，每年汛期雷雨天气均要出现雷击引起发电机失磁保护动作、跳闸、停机的事故，有时一天还两次出现。当雷声响过，事故喇叭响，发电机事故光字牌亮，602开关跳闸，机组停机。检查发现是发电机失磁保护动作造成的，严重影响机组的安全运行。在2002年更换Z3处线路过电压保护避雷器

(更换为ZnO避雷器)之后，就再没有这种雷击引起失磁保护动作的情况发生。

4 参数计算

发电机运行等值电路如图4所示。

ùf为发电机端相电压，ùs为35KV母线相电压，Xd(=0.72)为发电机同步电抗，XS为发电机与35KV母线之间的联系电抗(即主变1B中、低压侧之间的电抗)。归算至6.3KV侧的阻抗如下:

主变1B中压侧电抗:

图4 发电机运行等值电路

图5 避雷器伏安特性

所以，联系电抗XS=RT2+RT3+XT2+XT3=0.016+j0.049Ω发电机至35kv母线(计算到6.3kv侧)阻抗为:Z=XG+XS=0.016+j1.394=

5 雷击引起失磁保护动作原因分析

当雷电侵入波沿一相导线进入35kV母线时，引起普通阀式避雷器(型号为FZ-35，sic材料制作)Z3动作、对地放电、泄放雷电流、降低过电压幅值，从而使被保护设备绝缘受到保护。但当避雷器被雷电击穿，对地放电时，也就造成对地短路，当雷击过电压消失后，工频电压仍然作用在被击穿的避雷器Z3上，形成工频短路电流，亦即工频续流，若这时避雷器灭弧电压较低(FZ-35型灭弧电压为41KV)，而35kV母线工频电压较高，则避雷器不能恢复到更高电阻状态，工频续流时间较长，这时线路另一相若因公园树枝接地，则形成相间短路，电压降低，机端失磁保护阻抗测量装置(LZ-2型)所测阻抗为这个阻抗值在阻抗测量装置(LZ-2型)的动作边界内，当低电压继电器DYJ动作后，启动时间继电器t，跳602开关，跳灭磁开关、停机。

6 解决办法

选用保护性能好、无工频续流的ZnO避雷器替代SiC避雷器，普通SiC阀式避雷器及ZnO避雷器伏安特性如图5所示。

它们的优、缺点如下:一是在正常运行电压下，ZnO避雷器工作于小电流区(几十微安)，而SiC避雷器中的电流可达100A(因此采用阀片间隙隔开)；二是在雷击过电压到来时，ZnO避雷器可以立即对地释放大电流，有效抑制过电压对绝缘的影响，而SiC避雷器由于阀片间隙的影响，要等到雷电压升至较高电压时才能释放大电流，这对抑制过电压不利；三是在雷击过电压作用之后，ZnO避雷器马上呈现出高电阻状态，阻断工频续流，而SiC避雷器在雷击过电压作用之后，由于非线性系数较之ZnO避雷器低，仍然呈现出较低电阻状态，工频续流时间较长，容易引起避雷器安装处低电压。

因此，ZnO避雷器这种无工频续流的特性，很好地解决了避雷器安装处出现低电压及工频过流的情况。从阻抗测量装置的阻抗测量公式Zf= Ùf／ Ìf来看，更换ZnO避雷器后，Z3处遭受雷击过压后，Ùf升高、 Ìf降低，测量阻抗Zf增大，在阻抗特性圆动作边界之外，阻抗继电器不动作，且 Ùf升高后，不易引起Z3处线路低电压，DYJ也不动作，因而失磁保护不动作，避免了雷击引起失磁保护动作停机的事故。

7 更改效果

鉴于ZnO避雷器技术上的优势及维护试验简单的特性，于2003年春将Z3处避雷器更换成了ZnO避雷器(型号HY5WZ-51/134)，Z1、Z2处避雷器型号不变，原保护装置(电磁式)不变，失磁保护阻抗测量装置不变，在2009年底所有设备继电保护改造(改为微机保护)之前的7个雷雨季节中，未出现过雷击引起失磁保护动作停机的事故。

8 结语

以上事实表明，sic避雷器遭雷击泄流时，的确能引起失磁保护动作。而更换ZnO避雷器后，确实能避免此类事故发生，显示出更好的技术性能，切实弥补了sic避雷器性能上的缺陷。

[1]贺家李,宋从矩.电力系统继电保护原理.天津:水利电力出版社,1985.

[2]张一尘.高电压技术.北京:中国电力出版社,2000.

刘丰(1966.2—),男,汉族,四川宣汉人,电气工程师,大学文化,副总工程师,主要从事水电技术及安全工作。