3 kV 工作变继电保护优化技术方案

(广东省粤电集团有限公司 沙角C电厂，广东 东莞 523908)

2016年11月11日,某电厂3#机组满负荷660 MW运行，锅炉A,B,C,D,E共5台磨煤机运行。故障时，运行中的3A磨煤机发生电机定子单相接地故障，故障期间3 kV 工作变低压侧零序差动保护出现越级异常动作，造成3#机组3 kV 3A段母线失压，导致3#机组从3 kV 3A段母线取电的3台磨煤机同时跳闸，锅炉炉膛负压波动大而发生锅炉MFT(主燃料跳闸)，3#机组跳闸。

这是一起因继电保护配置不合理而出现越级异常动作的典型事件。对零序差动保护装置的保护原理、存在问题进行分析，提出解决方案，组织实施后取得了预期效果。

1 3 kV 工作变低压侧零序差动保护配置原理及保护范围

1.1 保护配置及原理

工作变低压侧零序差动保护主要反映工作变低压侧绕组接地故障，其配置原理图如图1所示。高压侧以三相电流之和形成零序电流接入保护装置，与中性点的零序电流构成差动保护，其动作出口是瞬时动作于变压器高、低压侧开关的跳闸回路。保护装置采用ALSTOM公司的高阻差动型(MCAG14)保护装置，属于电磁继电器型。该保护具有动作灵敏的优点，整定方便，但由于是电磁继电器型保护，保护动作后只有掉牌显示，没有故障电流录波功能。

1.2 护定值及保护范围

1) 工作变低压侧零序差动保护主要反映3 kV工作变低压侧绕组接地故障，其保护范围主要包括低压绕组和其连接至3 kV电源开关柜的动力电缆。

2) 工作变低压侧中性点采用经接地电阻(2.887 Ω)接地方式，低压侧绕组端最大单相接地电流为

图1 3 kV工作低压侧零序差动保护配置原理图

工作变低压侧零序差动保护动作值为30 A(一次值)，瞬时动作于高、低压侧开关跳闸。对于工作变低压侧零序差动保护的实际保护范围包括95%的低压绕组，靠近中性点处的5%绕组不在零序差动的保护范围之内。

2 3 kV 工作变低压侧零序差动保护装置存在的问题

工作变低压侧零序差动保护装置采用电磁型高阻差动保护装置，从这次事件检查过程中发现，该保护装置主要存在如下问题：

1)该保护装置投运时间已过20年，目前生产厂家已停产该类型保护装置，用户无法采购到备件；

2)保护装置发生越级误动作后，对保护回路以及CT特性进行了检查与校验，均未发现问题，所以推断为保护装置内部电子元件老化，在保护区域外故障电流穿越时引起装置误动作；

3)保护动作输出接点没有自保持功能，本次保护动作因故障切除较快(约60 ms)，只跳开了工作变低压侧开关，没有按回路设计功能要求跳开高、低压侧开关，存在一定的安全隐患；

4)该类型保护装置无故障电流录波功能，也无故障过程中的事件追忆，不利于事后对故障过程的分析，针对本次零序差动保护装置没能按设计功能出口的缺陷无法分析清楚；

5)该类型保护装置回路上配置的非线性电阻的阻值变化情况难以跟踪，电阻值的设定也比较困难。

3 3 kV 工作变继电保护配置情况

3 kV工作变是额定容量为8 000 kVA的油浸自冷双卷变压器。工作变高压侧由10 kV供电，低压侧接入3 kV机组母线，主要给磨煤机、炉水泵、工业水泵和空压机供电。工作变的继电保护装置和主要保护功能如下。

1)安装于10 kV电源侧的微机保护装置，即P632的主要保护功能是：反映变压器绕组相间短路故障的变压器差动保护(主保护)；反映变压器绕组相间短路故障的电流速断保护(后备保护)；反映变压器绕组异常运行的过电流保护(后备保护)；反映变压器高压侧绕组接地的零序过电流保护(后备保护)。

2)安装于3 kV电源侧的零序差动保护装置，即电磁继电器型的MCAG14，反映低压侧绕组接地故障的零序差动保护(主保护)。

3)安装于3 kV电源侧的接地保护装置，即电磁继电器型的MCSU01，反映低压侧绕组接地故障的零序保护(后备保护)。

4)工作变绕组温度高和瓦斯保护(非电量保护)。

4 3 kV 工作变继电保护优化方案

4.1 具体方案

由于工作变低压侧零序差动保护装置已老化且无替代产品，目前广泛应用的微机保护装置又难以实现原高阻零序差动保护功能，在现有开关柜内又没有合适安装位置，所以决定退用工作变低压侧零序差动保护。为保障工作变低压侧零序差动保护功能退用后工作变继电保护的完整性，需对原工作变继电保护功能进行优化和定值调整，以保障工作变继电保护满足运行要求，符合相关规程、规范的要求。

3 kV 工作变继电保护将做如下调整。

1)退用低压侧零序差动保护，并将相关CT二次侧短接。

2)退用工作变低压侧中性点零序过电流保护装置MCSU01，将对应CT回路改接入10 kV侧微机保护装置P632，在P632装置中实现低压侧中性点零序过电流保护功能。

3)原低压侧零序差动保护动作值为30 A(一次值)，瞬时动作于高、低压侧开关跳闸，实际保护范围包括95%的低压绕组，靠近中性点处的5%绕组不在零序差动的保护范围之内。而低压侧中性点零序过电流保护的动作值为91.2 A(一次值)，延时600 ms动作于高、低压侧开关跳闸，实际保护范围包括约85%的低压绕组，靠近中性点处的15%绕组不在零序接地的保护范围之内；为减少零序差动保护退用后对保护范围的影响，将零序过电流保护的动作值调整为50 A(一次值)，延时500 ms动作于高、低压侧开关跳闸。这样可将零序接地保护范围扩大至91%的低压绕组，接近原零差保护的95%的低压绕组的保护范围。

4)利用工作变现有差动保护低压侧CT采样电流在装置P632中实现工作变低压侧电流速断保护和低压侧过电流保护，3 kV母线故障时能快速切除故障以及反应工作变低压侧相间故障。

5)3 kV母线上负荷电动机的零序接地电流动作值为30 A保持不变，延时时间由300 ms调整为200 ms动作，与工作变低压侧中性点零序过电流保护构成300 ms的级差配合。

3 kV 工作变继电保护优化前后的原理如图2所示。

4.2 调试结果

1) 对工作变继电保护配置进行优化和定值调整后，虽然零序保护的低压绕组的保护范围由95%降低至91%，但整体继电保护仍然满足运行要求，符合相关规程、规范的要求。

2) 增加了工作变低压侧电流速断保护、定时限过电流和反时限过电流保护，完善了工作变的继电保护功能，并与其高压侧过电流保护配合，构成完善的变压器保护。

图2 3 kV工作变继电保护优化前后的原理图

3) 工作变低压侧中性点零序电流接入微机保护装置P632，可实现故障录波功能，实现故障过程的数据回放，有利于故障分析。微机保护装置中完善的事件记录，也有助于故障分析。

4) 微机保护装置P632输出动作接点具有自保持功能，确保保护动作后可靠跳开开关以及闭锁开关合闸回路，有效防止故障后再次误合开关，避免加大设备损坏程度。

5) 采用本优化方案有效避免了ALSTOM公司的高阻差动型保护装置老化引起的误动作事件的发生，解决该保护装置备件问题，有利于机组的安全稳定运行。同时本方案只是对CT采样回路以及保护功能设置进行调整，没有增加新的保护装置，既控制了整改费用，又便于方案的现场实施。

5 总结

在3#机组停机检修期间，采用该优化方案完成了3 kV A，B工作变零序差动保护装置的改造工作，增加了工作变低压侧电流速断保护、定时限过电流和反时限过电流保护，调整工作变低压侧零序保护的动作时间，调整3 kV母线上电动机负荷的零序保护动作时间，与原有的高压侧过电流保护配合，构成了完善的变压器保护，解决了电磁型零序差动保护装置受限备件的问题，对同类其他类似电厂有借鉴作用。

参考文献：

[1] 广东省粤电集团有限公司.低压厂用变压器保护配置及整定计算导则：Q/YD-125.01—2004[S/OL].(2001-02-28)[2018-02-01]. http://www.doc88.com/p-9502729235686.html.