主变高压侧过流保护动作的原因分析及处理

第３５卷第４期　１０４　水电站机电技术　Ｖｏｌ＿３５　Ｎｏ．４　Ａｕｇ．２０１２　２０１２年８月　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ　ｏｆ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ　主变高压侧过流保护动作的原因分析及处理　徐国华，龚建超　（华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江天台３１７２００）　摘要：主变高压侧过流保护是主变及其低压侧连接设备的后备保护，对主变的安全运行有着重要的作用。通过对　由主变高压侧过流保护动作引起的两起事故的分析，明确了保护动作的原因以及保护设置存在的问题，并针对问题　和设备的实际情况采取了相应的措施。　关键词：抽水蓄能电厂；主变过流保护；保护误动；励磁涌流　中图分类号：ＴＭ４０７　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７２—５３８７（２０１２）０４—０１４—０３０　０设备概况　某抽水蓄能电厂共有４台３００　ＭＷ机组和４台３６０　ＭＶＡ主变，机端电压１８　ｋＶ，机组和主变采用联合单元接线，　主变高压侧额定电压５２０　ｋＶ，５００　ｋＶ系统采用内桥接线方　式，正常运行方式为５００　ｋＶ桥开关在合闸位置，５００　ｋＶ系统　开关；跳５００　ｋＶ分段桥开关和本组合单元侧的线路开关；启　动５００　ｋＶ线路开关和５００　ｋＶ分段桥开关失灵保护，闭锁　５００　ｋＶ线路开关重合闸，送监控总跳闸，故障录波。　主变高压侧过流保护整定值如表１：　表１主变高压侧过流保护原整定值　合环运行。电厂主接线如图１。　１第一次动作情况及原因分析　某次，２号机按网调调度员命令发电开机，并网成功后，　在带负荷过程中（机组额定负荷３００　ＭＷ，已带负荷１５０　ＭＷ），由于“２号主变保护Ｂ组过流保护５１Ｔ．１／２一Ｂ　１段动　图１主接线图　作”导致２号机事故停机，正在发电稳态运行的１号机也事　主变保护采用奥地利ＥＬＩＮ公司的数字元件保护系统　ＤＲＳ（Ｄｉｇｉｔａｌ　ｒｅｌａｙ　Ｓｙｓｔｅｍ），具有人机接口和故障录波功能，共　有Ａ，Ｂ两套保护，主保护双重配置，分别设置于两块保护盘　内（＋ＪＢＯ１，＋ＪＢ０２），通过主变保护盘的跳闸矩阵出口跳闸。　故停机，５００　ｋＶ出线Ｉ线路开关跳闸，５００　ｋＶ分段桥开关跳　闸，１０　ｋＶ厂用电ＢＺＴ动作切换正常。现场检查和上位机信号　相符，２号主变Ｂ组保护屏上主变过流保护５１Ｔ．１／２一Ｂ跳闸　指示灯亮，保护故障记录和事件记录表明主变过流保护１段　主变ＤＲＳ保护装置是一个全数字模块保护系统，其核心　为微处理控制单元ＶＥ，每套保护由４个处理器ＶＥ１～ＶＥ４　组成，每个ＶＥ独立工作，一个处理器的故障不影响其它处理　器中保护的正常运行，提高了运行可靠性，处理器模块之间　动作，录波表明主变高压侧二次Ｂ相电流达到０．１４　Ａ左右，　三相电流平衡，线电压９８．９　Ｖ。事故跳闸相关设备检查无异　常，除２号主变外，其它设备无异常信号。　主变过流保护按设计要求仅作为降压变压器后备保护，　互不影响。主变高压侧过流保护（５１Ｔ—Ｂ）设置在Ｂ套ＶＥ３处　理器中，是主变及其低压侧连接设备的后备保护。保护分两　在发电／电动机开关合上后应被闭锁（由开关二次辅助接点　启动中间继电器闭锁）。保护动作时，２号机正在发电带负荷　段，按躲过励磁涌流和主变空载运行工况电流并与相邻后备　保护配合整定，电流取自主变高压侧流变（变比为１２５０／１），　采用过电流判别元件。其动作后果为：本组合单元两台机组　跳ＧＣＢ、ＦＣＢ、停机、灭磁；跳相连厂变高压开关和ＳＦＣ输入　过程中，发电机开关已合上，此时过流保护动作，实际负荷值　收稿日期：２０１２—０５—２８　作者简介：徐国华（１９８２一），男，助理工程师，从事抽水蓄能电厂运　行工作。　第４期　徐国华，等：主变高压侧过流保护动作的原因分析及处理　１０５　为０．１４　Ａ左右，超过整定值，保护动作出口，动作原因是因为　机组开关合上后，其二次辅助接点丢失，没有能够正确闭锁　保护。　２第二次动作情况及原因分析　某次，在进行５００　ｋＶ二单元复役操作合５００　ｋＶ出线ＩＩ　线路开关对５００ｋＶ桥ＩＩ引线及３号和４号主变充电时，４号　主变保护Ｂ组过流保护５１Ｔ．１／２一Ｂ　２段动作，５００　ｋＶ出线ＩＩ　线路开关合闸后瞬时分开，合闸操作不成功。现场检查一次　设备正常，４号主变保护盘面显示和上位机信号相符，经调取　Ｂ组保护故障录波波形和保护装置事件记录，发现４号主变　高压侧励磁涌流如下图２所示（有效值），其中Ａ相励磁涌流　初始达到０．４７７　Ａ，衰减到０．３５　Ａ持续时间超过０－３　Ｓ，主变高　压侧过流保护５１Ｔ．１／２一Ｂ　２段定值为０．３５　Ａ，延时０．３　ｓ（此定　值和动作时间为２号主变高压侧过流保护动作后重新整定　的），Ａ相励磁涌流已达到主变保护动作临界值，保护跳闸。　保护跳闸原因为过流保护没有躲过主变励磁涌流引起。　０眦　硎　峨孺舳嘲搠■抽撕ｌ　ｌ螂ｔ蛳辫博蝌｛　撼　嫡瑚嘛　尊。　徊　ｌｌ翳６　盼　鲫　帕　Ｏ　蠲ｓｍ　衅　图２　４号主变波形记录图　３存在的问题　通过对以上两次事故的分析，可知主变高压侧过流保护　的设置存在以下问题：　３．１闭锁条件不够可靠　机组开关合上后，由开关的一辅助接点去启动中间继电　器闭锁，如果这仅有的一接点或者中间继电器出现问题，保　护便不能被可靠闭锁。而为了与相邻后备保护相配合，保护　整定值又不能太高，所以一旦保护没有被闭锁住，则其实际　值就肯定会超过整定值，导致保护动作。　３．２主变过流保护定值未能躲过励磁涌流　２号主变的高压侧过流保护因闭锁失败动作后，根据设　备的实际情况，将４台主变过流保护的２段整定值做了修　改。由于主变高压侧额定二次电流为：　ｋ　、／　３　×　５　２０　１２５０＝　１２．０＿３２　Ａ。　，３Ｕ计算式中：３６０　ＭＶＡ为主变的额定容量　５２０　ｋＶ为主变高压侧额定电压　１２５０为保护所取的主变高压侧的ＣＴ变比　而２段的原整定值只有０．３　Ａ，为了避免保护误动将其由　０．３　Ａ改成０．３５　Ａ，延时时间也由０．２　ｓ提高至０．３　ｓ。但修改后４　号主变高压侧过流保护还是因为没有能够躲过励磁涌流而动　作，证明励磁涌流数据收集不充分，整定值仍需修改。　４改进措施　针对主变高压侧过流保护存在的问题，并结合设备的实　际情况采取了以下措施：　（１）原主变过流保护闭锁条件为机组开关的一副辅助　接点引入主变保护闭锁，并且无信号上送监控。将闭锁条件　改为采用双路机组开关位置接点，分别启动两个中间扩展　继电器，利用两个扩展继电器的输出接点并联后输入保护　装置去闭锁主变过流保护，并将闭锁信号上送监控。新增的　一幅接点增加了闭锁的可靠性，闭锁信号的上送则有助于　对保护运行情况的监视和保护动作后对其动作原因的分　析。主变过流保护闭锁回路改进示意图如图３所示（以２号　主变为例）：　ｘ　舢：３４１ＸＩ：３４Ｏｒ　—二。竺　麴ｎ　ｌ　ＧＡ０ｔ－ＡＢ３０　———　ｉ　：　ｉ　ｌ　Ｌ———＿Ｊ　—＿＿１煳Ｘ９：７监控待号　—————■　—————————————　—　：～　＾　ｌ　Ｉ　ｌ　鲰船镪耐峰　新增衙铺翻路　图３主变过流保护闭锁回路改进示意图　（２）保护装置防止误动和拒动始终是无法两全的，提高了　整定值，降低了误动的几率，但亦即提高了保护拒动的几率ｍ。　主变高压侧过流保护是当主变作升压变压器时退出（被闭　锁），作降压变压器时起作用，所以其定值的设置要按作降压　变压器使用时和厂高变配合整定，既要考虑和相邻后备保护　配合的合理性，又要根据实际隋况考虑能否躲过励磁涌流。考　虑到主变的主保护是双重配置，拒动的几率极低，所以以躲励　磁涌流为主。由于１段用作主变压器高低压侧相间短路故障　后备保护，为了躲励磁涌流，需提高其整定值，而为了保证和　相邻后备保护的配合，应缩短其动作延时；２段保护范围延伸　到厂变高压侧，因此其整定值不能太高，保持不变，但为了躲　过励磁涌流，需延长其动作时间。重新修改过的整定值如表２：　２主变高压侧过流保护新整定值　（下转第１１２页）　１１２　水电站机电技术　第３５卷　过硬布线送去分ＳＦＣ或相关拖动机开关的，这样也就避免了　现２套ＣＰ一４０００发出的脉冲都收不到，立即进行ＣＰＵ切换，　ＳＦＣ与机组的合环运行的可能，这种情况下只能现场手动对　被拖动机快速停机，监视停机过程正常即可。另一种情况是　缩短通讯中断检测时间，同时在１５　ｓ之内闭锁再次切换以防　止通讯没有马上建立造成的多次重复切换；　机组并网没有成功转停机，但由于此时Ｃ２＼Ｃ４切换不成功，　拖动机或ＳＦＣ收不到机组相关的停机命令，原本停机过程中　应分开一号机拖动闸刀的命令没有被执行，而一号机拖动闸　刀没有分开直接导致二号机被拖动闸刀也没有分开，这样一　号机仍通过一号机ＧＣＢ、一号机拖动闸刀、启动母线、二号机　被拖到闸刀、二号机定子形成电气回路（如图２）。被拖动机组　（２）从生产实践中减少事故发生　１）在条件允许的情况下，最好做一下机组空载和带　负荷时交换机网线插拔试验，对那些因网线头接触不好　或单个通讯回路故障引起的情况，通过这种方式马上可　以排除。　２）在分拖动机开关或ＳＦＣ输出开关回路中增加被拖动　由于转停机后，灭磁开关分开，其常闭辅助接点将灭磁电阻　串人转子回路。从而使机组转子感应电全部加在灭磁电阻　上；正常机组停机灭磁时，灭磁电阻不会承受一个连续作用　的恒定电压，但现在是在恒定电压负载条件下，灭磁电阻温　度越来越高，当电阻元件温度高到一定程度，击穿元件并引　起电弧，最终导致机组灭磁电阻烧坏踟。这种情况下上位机马　机灭磁开关的辅助接点，防止被拖动机转停机而拖动机不能　转停机时烧灭磁电阻。　６结论　通过上述分析表明，机组现地控制单元ＣＰＵ切换不成功　对运行机组的影响是十分危险的，包括自身设备的损坏及对　电网造成的冲击，然而根据ＣＰＵ切换不成功的原因进行分　析，我们发现这一缺陷是可以避免的，并有针对性的进行相　应措施的改进，根据目前桐柏蓄能电站机组的运行情况来　看，这一问题基本得到解决，大大提高了机组的安全稳定运　上停ＳＦＣ或现场手动将拖动机紧急停机，尽快将被拖动机转　子回路与拖动机或ＳＦＣ断开，否则只能通过拖动机自身走的　发电流程超时或有自身保护来停机，这样闭环回路持续时间　就会比较长，对设备的危险也就越大。在机组转停机后监视　机组停机过程正常，对灭磁电阻进行灭火，并对转子回路绝　缘等进行检查。　行的可靠性。通过本文的分析，对其他的蓄能电站机组如有　类似问题，应有一定的参考和借鉴意义。　参考文献：　５处理方案的探讨　（１）从硬件和技术上优化　１）对于网卡堵塞的问题，我们准备更换性能更好的网　卡；将２、４号机ＣＰＵ的网卡由原来的ＳＭ一２５５４更换为　ＳＮ一２５５６（１、３号机已经更换），提高网卡的缓存容量。　２）对于判断通讯中断时间过长的问题，准备另外再增加　一［１梅祖彦．抽水蓄能发电技术［１］Ｍ］．北京：机械．ｘ－，３ｋ出版社，　２００５．　【２】孙建忠，刘凤春．电机与拖动　．北京：机械ｘ－，＿ｌｋ出版社，　２０１０．　【３】张春生，姜忠见．天荒坪抽水蓄能电站技术总结【Ｍ】　北京：　中国电力出版社，２００７．　套检测方式。在监控系统环网中接入２套ＣＰ－－４０００作为在　线监测单元，发出检测脉冲到４台机组，修改机组的ＣＰＵ切　换逻辑，一直监测新增的２套ＣＰ．．－４０００发出的脉冲，一旦发　［４】刘吉来，黄瑞梅．高电压技术【Ｍ】．北京：中国水利水电出版　社．２００４．　（上接第１０５页）　５结语　抽水蓄能电站在电网中承担调峰、填谷、调频、调相以　得尤为重要。基于对两起保护动作事故的原因分析和设备　的实际情况采取的异动措施取得了预期的效果，也积累了　相关经验。　参考文献：　及事故备用任务，正发挥着越来越重要的作用【２】，主变的　稳定运行对于抽水蓄能电厂以及整个电网都有着极为重　要的意义。由于主变的主保护都是双重配置，基本上能快　速的反应主变的故障或不正常的运行状态，并且能够可靠　动作，因此主变高压侧过流保护作为主变及其低压侧连接　【１］贺家李，宋从矩．电力系统继电保护原理【Ｍ】．３版．北京：中　国电力出版社，２０００．　［２】梅祖彦．抽水蓄能发电技术［Ｍ】．北京：机械工业出版社，　２００５．　设备的后备保护，正确设置其定值，并保证其不误动就显