安谷水电站220 MVA主变压器差动保护未接入高厂变分支电流的分析

何 国 珍， 梁 兵 钰

(中国水电建设集团圣达水电有限公司，四川 乐山 614013)

1 安谷水电站主接线及主变保护配置情况

安谷水电站位于四川省乐山市市中区安谷镇与沙湾区嘉农镇接壤的大渡河干流上，为大渡河干流梯级开发中的最后一级。坝址距上游沙湾水电站约35 km，下游距乐山市区15 km。电站采用一级混合式(河床式厂房加长尾水渠)开发，电站正常蓄水位高程398 m，安装容量为4×190 MW+1×12 MW(生态机组)轴流转桨式水轮发电机组，属国家大(一)型规模电站。

电站首台机组于2014年12月8日并网，至2015年8月第五台机组并网发电，1年时间内5台机组全部建成投产。

1.1 主接线及厂用10 kV系统接线

安谷水电站5台机组采用单元接线方式，配置4台220 MVA主变压器和1台15 MVA主变压器，190 MW机组(1～4F)额定电压为13.8 kV，生态机组(5F)额定电压为10 kV，机组出口经过5台主变压器升压至220 kV、通过同塔双回线路接入峨眉南天500 kV 变电站。1～4F出口通过分相封闭母线与主变压器低压侧联接，5F出口通过电缆与主变压器低压侧联接。220 kV升压站采用GIS结构。

安谷水电站厂用10 kV系统共设计有Ⅴ段母线，Ⅰ、Ⅱ段母线进线从1、3#主变压器低压侧经1、2#高厂变(13.8 kV)降至10 kV引入，Ⅲ段母线进线从5#主变压器低压侧经快熔限流装置引入，Ⅳ段母线进线通过外来35 kV电源经降压引入，Ⅴ段母线进线进线动10 kV柴油发电机出口引入，Ⅴ段母线可按顺序通过母联断路器首尾联接。正常运行方式下，厂用电10 kV系统Ⅰ、Ⅱ段相联，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ段相联运行。

1.2 主变保护配置及差动整定情况

在安谷水电站主设备继电保护配置中，220 kV线路、220 kV母线、主变压器、机组的保护装置均为双套配置。

由图1可以看出：1～4#主变压器保护主要配置了差动、复压过流、零序(接地、间隙)、过励磁、非全相保护； 5#主变也配置了差动、复压过流、零序(接地、间隙)、过励磁、非全相保护。其中1、3#主变的差动保护未引入高厂变分支电流，而5#主变差动保护则将厂用电分支电流引入。

1.2.1 1、3#主变差动保护整定情况

主变差动保护(RCS-985TW)装置以主变低压侧为基准侧(表1)，采用标厶值整定，设低压侧额定二次电流为Ie2。

保护定值：

(1)差动启动定值：Icdqd=0.3×Ie2

(2)差动速断定值：6×Ie2

(3)差流报警定值：0.2×Ie2

(4)比率制动起始斜率：Kbl1=0.15

(5)比率制动最大斜率：Kbl2=0.5

谐波制动比：0.15

运行方式控制字整定：

(1)差动速断投入：1

(2)比率差动投入：1

(4)TA断线闭锁比率差动：0(不闭锁)

保护瞬时动作于发信，跳发电机出口断路器，跳主变高压侧断路器，跳厂高变低压侧断路器(仅1、3#主变)，启动故障录波，启动220 kV侧断路器和发电机断路器失灵保护。

1.2.2 5#主变差动保护整定情况

主变差动保护(RCS-985TW)：装置以主变低压侧为基准侧(表1)，采用标厶值整定，设低压侧额定二次电流为Ie2。

保护定值：

(1)差动启动定值：Icdqd=0.3×Ie2

(2)差动速断定值：6×Ie2

为了提高分析的准确度，将已知项目中任务的经纬度坐标和价格进行多项式拟合，得到任务定价关于任务点经纬度的函数关系，即

(3)差流报警定值：0.2×Ie2

(4)比率制动起始斜率：Kbl1=0.15

(5)比率制动最大斜率Kbl2=0.5

谐波制动比：0.15

运行方式控制字整定：

(1)差动速断投入：1

(2)比率差动投入：1

(3)涌流闭锁原理：0(二次谐波闭锁)

(4)TA断线闭锁比率差动：1(闭锁)

保护瞬时动作于发信，跳发电机出口断路器，跳主变高压侧断路器，跳厂用电分支断路器，启动故障录波，启动220 kV侧断路器和发电机断路器失灵保护。

2 问题的提出

2015年7月20日23时，安谷水电站厂用10 kV系统正常方式下运行，大坝10 kV Ⅳ段至库尾10 kV馈线受雷击引起两相短路，造成Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ段失电、5#主变和5#机组非计划停止运行。现场检查为Ⅲ段进线限流装置熔断器熔断，5#主变差动保护动作。

图1 阻抗计算过程图

220kV系统发电机机端发电机机端10kV工作段400V工作段基准电压UB(KV)23013．810．5100．4基准电流IB(KA)0．2514．1845．4995．774144．342

事件发生后，安谷水电站立即组织技术人员进行分析，查明故障点位于5#主变差动保护范围界外，线路雷击故障不应引起5#主变差动保护误动，在对5#主变差动保护装置及其厂用分支电流回路进行检查时均未发现问题。随后向厂方调试人员反映了该情况，调试人员检查其原因为调试时装置内部程序未将厂用分支电流纳入差动保护的差流计算，从而造成差动保护区界外保护错误动作，扩大了事件停电范围，随后厂方派人到现场进行了处理。

此次事件的发生是由于厂方调试人员疏忽，将已经接入厂用电流分支的差动保护在逻辑上未参与计算造成的。

由此提出笔者的论点：对1、3#主变及5#主变均有厂用分支，5#主变差动在10 kV厂用系统故障时，厂用分电流设置错误会造成主变差动保护误动作。那么，1、3#主变差动保护在设计上未将高厂变电流分支接入，会不会存在厂用10 kV Ⅰ、Ⅱ段故障时发生1、3#主变差动保护动作的情况呢？

3 计算过程

由于高厂变高压侧没有装设断路器，也没有安装熔断器，当高厂变支路(包括厂用变直至高厂变低压侧断路器位置的范围)故障时，保护动作对象与主变保护是一样的，需要切除主变两侧断路器，因此，高厂变支路是否需要装设CT接入主变差动保护的判断依据是：当厂用变低压侧发生三相金属短路时，所产生的短路电流是否会启动主变差动保护，如果不会启动差动保护，当然就不需要。

基准容量选择为SB=100 MVA。

1#高厂变低压短路电流计算阻抗变化情况见图1。

高厂变低压母线短路时，短路阻抗为2.446 Ω，归算到高厂变高压侧短路电流为：

Id=1/2.446×4.184

=1.710 5(kA)/1 710.5(A)

4 结 语

主变低压侧额定电流为9 204.4 A，主变差动保护启动电流为0.3In=0.3×9 204.4=2 761.3(A)；通过上述计算得知：高厂变低压侧母线短路时，归算到高压侧的电流为1 710.5 A，小于主变差动启动电流2 761.3 A，因此，主变差动保护不需要接入高厂变支路CT回路。