和应涌流导致机组差动保护误动作停机的原因分析

张世明++肖鹏

摘 要：变压器在冲击合闸时会产生励磁涌流，从而对运行变压器及发电机引起和应涌流，可能导致运行变压器或发电机的差动保护误动，影响变压器与发电机的正常运行。天花板电站继电保护装置配置中，主变保护提供了二次谐波原理和波形判别原理两种方法识别励磁涌流后进行涌流闭锁，而发电机保护还没有防止和应涌流引起差动保护误动的有效措施。电厂在对#2主变进行冲击送电时，由于#2主变空冲产生了很大的励磁涌流，#1发电机系统也由此产生了和应涌流， 引起#1发电机组保护装置比率差动动作跳闸。

关键词：发电机；和应涌流；比率差动；保护跳闸

中图分类号：TM77 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）20-0130-03

1 概述

天花板水电站位于金沙江一级支流牛栏江中下游河段，是牛栏江梯级水电开发规划“两库十级”的第七级。电站坝址位于牛栏江支流清水河河口上游约1.5km的天花板峡谷处。工程区左岸为巧家县，右岸为鲁甸县，距离巧家和鲁甸县城公路里程分别为123km和57km。

发电机与主变压器采用独立单元接线，两台发电机组，单机容量90MW。220kV侧接线为单母线接线，220kV高压配电装置采用SF6气体绝缘金属全封闭开关设备（GIS室），最终电站以一回220kV線路接至云南电网昭通永丰500kV变电站，如图1所示。

2015年04月08日16时28分，天花板电站在对220kV#2主变充电时，#1发电机主二保护装置比率差动动作，#1发电机组出口断路器011跳闸，发电机组自动停机。

2 事故前运行方式

#1机组带80MW负荷正常运行、#1主变正常运行，220kV母线及线路正常运行，#2机组停机态，#2主变热备态，#1主变中性点接地刀闸2010合位，#2主变中性点接地刀闸2020合位。

3 事故经过

天花板电站#2发变组于2015年4月7日提前检修结束，下午对#2机组空转运行正常后，于4月8日向调度申请对#2主变充电时，电站首先对#2主变进行全面检查确已具备充电条件，然后合上#2主变中性点2020接地刀闸，2015年04月08日16时28分，上位机发令合上#2主变高压侧202断路器#2主变充电，202断路器合闸后，#1发电机保护装置比率差动动作跳闸，#1发电机出口011断路器跳闸停机。

4 事故原因分析

4.1 保护装置记录分析

对#1发电机组差动保护范围内一次设备（011断路器、0111隔离开关，励磁变，厂高变、13.8kV母线，出线、尾线、定子绕组等）进行了全面检查未发现异常，接着将对发电机组摇测定子绝缘电阻为：15s=20兆欧，60s=500兆欧，吸收比：25，符合规程要求并与上一次比较一致，随后检查保护装置未发现异常，核对#1发电机组主二保护装置保护定值与云南省调继电科下发定值单定值一致。

4.2 保护装置记录分析

根据现场打印的#1机组第二套保护动作报告来看，发电机保护在#2主变空载合闸瞬间，两套保护装置均有启动，根据波形可知发电机电流发生了突变，电流中含有很大的非周期分量，电流波形偏向时间轴一侧，此为励磁涌流明显特征。且发电机机端和中性点电流变化一致，故此时尚无差流出现。约190mS后，随着非周期分量的衰减，发电机机端电流A相、B相波形与中性点的A相、B相变化不一致，导致发电机差动计算出差流，该差流大于差动保护启动值（0.3Ie Ie=0.85A），故发电机差动保护启动并且跳闸。

4.3 #2主变的波形分析

故障录波器录取的波形如图2。

根据以上波形显示，电站当时正在对#2主变进行空冲送电，可知以上波形显示的是#2主变在空冲时产生的励磁涌流波形，由于高压侧三相电压在主变冲击前后均无明显变化，可以推断空冲时#2主变内部以及系统上并无电气故障。

#2主变高压侧电流也存在明显的励磁涌流的特征，由于主变差动保护有励磁涌流判别逻辑，由图4可知，#2主变高压侧电流含有很大的谐波成分，其中二次谐波含量超过20%，装置定值中二次谐波闭锁定值15%，主变差动保护在判别出差流符合励磁涌流的特性以后自动闭锁比率差动保护，所以主变比率差动保护不动作。

4.4 故障录波器记录分析

现场录取了故障录波器的相关波形，故障录波器中#1发电机机端电流波形如下图、中性点的电流波形如图4。

通过故障录波分析软件，将#1发电机的机端电流和中性点电流做差动分析，结果如图5。

由图3可知，故障录波器录取的发电机机端电流和中性点电流中也含有较大的非周期分量，且在波形的后半段开始机端和中性点的电流波形变化不一致。

由图5可知故障录波器录取的电流计算出的差流与第二套保护装置计算出的差流基本完全一致，其中A相差流达到约0.38A，大于发电机差动启动电流定值（0.3*0.85A=0.255A）。

由故障录波的图可以证明保护装置采样和计算均正常，在保护启动后差流逐步出现且大于差动启动定值，符合发电机差动保护动作条件。

由图4可知发电机机端电压在保护动作前后均无明显变化，在保护动作前后发电机机端和中性点电流除了有非周期分量外，电流幅值并没有明显变大，由此可以排除发电机发生内部故障的可能性。

5 结语

综上所述，发电机在保护跳闸前后电压基本不变，发电机电流除了有较大非周期分量以外，幅值没有明显变化，故基本可以排除发电机内部发生故障的可能性。

在#2主变进行冲击送电时，由于#2主变空冲使产生了很大的励磁涌流，#1发电机系统也由此产生了和应涌流，由于涌流中含有较大的非周期分量，使发电机机端和中性点CT的传变特性发生了变化，从而使进入#1发电机两套保护装置以及故障录波器的电流均发生了畸变；由于机端和中性点的CT传变特性有差异，导致发电机机端和发电机中性点的电流畸变程度不一致，最终导致发电机差动回路出现差流，发电机保护装置启动比率差动保护跳闸。

参考文献

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