恒運(yùn)電廠#7發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)誤動(dòng)原因分析及對(duì)策

葉新鋒

（廣州恒運(yùn)企業(yè)集團(tuán)股份有限公司，廣東廣州 510730）

0 引言

恒運(yùn)電廠位于廣州電力負(fù)荷中心，總裝機(jī)容量1 080 MW。其中#6、#7機(jī)組容量均為210 MW，主接線方式為發(fā)電機(jī)、主變壓器組單元制，各自配置一廠用變。原采用的發(fā)變組保護(hù)由于設(shè)計(jì)落后，本身存在設(shè)計(jì)缺陷，已發(fā)生過兩起因保護(hù)誤動(dòng)而導(dǎo)致機(jī)組跳閘的事故。

1 運(yùn)行方式

2013年6月10日，#6、#7機(jī)組負(fù)荷各帶160 MW，AGC投入。#7機(jī)組6 kV廠用VIIA、6 kV廠用VIIB、6 kV廠用VIIC段運(yùn)行，6 kV廠用VIIC段電源開關(guān)601運(yùn)行，電源開關(guān)602備用。

2 事故經(jīng)過

6月10日09：43，#7發(fā)電機(jī)突然跳閘，負(fù)荷到0，汽機(jī)跳閘，鍋爐MFT動(dòng)作；“發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作”光字牌亮，6 kV廠用VIIA、VIIB段自投正常，6 kV廠用VIIC段電源開關(guān)601跳閘，6 kV廠用VIIC段母線失壓。

事后，檢查#7機(jī)廠用電系統(tǒng)，在6 kV廠用電室檢查發(fā)現(xiàn)601開關(guān)“速斷保護(hù)”動(dòng)作，601開關(guān)跳閘，外部檢查無異常。進(jìn)一步的檢查發(fā)現(xiàn)6013刀閘開關(guān)柜本體鼓起，拆下6013刀閘開關(guān)柜后蓋板進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)柜內(nèi)的地面有一只死老鼠，而6013刀閘C相下觸頭與柜體內(nèi)殼體有放電痕跡，C相觸頭有小部分熔損；查閱故障錄波器，發(fā)現(xiàn)#7機(jī)組廠用變A分支三相電流在短路故障時(shí)有三相電流突變和三相電壓降低的現(xiàn)象。

3 原因分析

3.1 保護(hù)配置情況

#7機(jī)組發(fā)變組保護(hù)裝置是選用國(guó)電南自公司的WFBZ-01保護(hù)，該發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì)原理采用的是不完全差動(dòng)接線，主變高壓側(cè)、發(fā)電機(jī)中心點(diǎn)CT均采用星型接線、減極性接法，差動(dòng)保護(hù)范圍為主變高壓側(cè)CT到發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)CT，保護(hù)接線方式如圖1所示[1]（不含虛線部分）。

圖1 接線方式

3.2 保護(hù)動(dòng)作問題分析

3.2.1 動(dòng)作原因分析

事故發(fā)生后，現(xiàn)場(chǎng)檢查，6013刀閘開關(guān)柜內(nèi)的地面發(fā)現(xiàn)有一只死老鼠，6013刀閘C相下觸頭與柜體內(nèi)殼體有放電痕跡。分析是老鼠竄入6013刀閘開關(guān)柜內(nèi)引起6 kV廠用VIIC段三相短路（從601開關(guān)的故障錄波可以看出，三相短路故障應(yīng)發(fā)生在601開關(guān)的饋線部分，事后檢查故障電流約為12 000 A），雖然6 kV廠用VIIC段電源進(jìn)線開關(guān)601“速斷保護(hù)”動(dòng)作跳閘，但由于6 kV廠用VIIC段短路相當(dāng)于#7廠用變低壓側(cè)短路故障，發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)中有差流，差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作先于601速斷保護(hù)動(dòng)作，使機(jī)組保護(hù)動(dòng)作全停。定值設(shè)定范圍和實(shí)際設(shè)定定值如表1所示。

表1 保護(hù)動(dòng)作定值

3.2.2 WFBZ-01發(fā)變組保護(hù)方程和定值[2]

比例制動(dòng)動(dòng)作方程：Id-Iq＞Kz(Iz-Izq)

Izq為拐點(diǎn)電流、Iq為啟動(dòng)電流、Id為差電流、Iz為和電流、Kz為比例系數(shù)。

二次諧波制動(dòng)動(dòng)作方程：KcId＞Id.2w

Kc為二次諧波制動(dòng)比，Id為基波差電流，Id.2w為二次諧波電流。

3.3 分析結(jié)論

按照WFBZ-01發(fā)變組保護(hù)設(shè)計(jì)，當(dāng)發(fā)變組主回路在主變高壓側(cè)CT1和發(fā)電機(jī)中性CT2之間發(fā)生三相短路、兩相短路及兩相接地短路時(shí)，保護(hù)均能正確動(dòng)作。當(dāng)廠用6 kV系統(tǒng)發(fā)生接地故障時(shí)（如圖1示接地點(diǎn)），雖然故障點(diǎn)在發(fā)變組保護(hù)范圍之外，但是發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)回路中仍存在差流，當(dāng)差流達(dá)到保護(hù)動(dòng)作值時(shí)，保護(hù)動(dòng)作機(jī)組跳閘。主要原因是發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)在設(shè)計(jì)中未考慮將廠用分支作為差動(dòng)制動(dòng)回路，發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)始終會(huì)搶先動(dòng)作，原有的設(shè)計(jì)上無法避免本次區(qū)外誤動(dòng)，這是屬于設(shè)計(jì)上的缺陷。

4 對(duì)策措施

4.1 臨修對(duì)策措施

針對(duì)該設(shè)計(jì)缺陷，可在本次停機(jī)時(shí)，進(jìn)行臨時(shí)改造。對(duì)發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)重新設(shè)計(jì)，在廠用變高壓側(cè)加裝一組CT，與廠用變本身差動(dòng)保護(hù)交差，將廠用分支電流引入發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)保護(hù)回路中，作為發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)制動(dòng)回路。臨修改造接線方式如圖1所示（包括虛線部分）。

4.1.1 臨修設(shè)備參數(shù)選型

本次臨修改造在設(shè)備參數(shù)及選型方面，主變高壓側(cè)CT、發(fā)電機(jī)側(cè)CT保持不變，增加了廠用變高壓側(cè)CT。根據(jù)差動(dòng)保護(hù)設(shè)備選型原則和實(shí)際情況，廠用變高壓側(cè)CT參數(shù)與發(fā)電機(jī)側(cè)CT參數(shù)相同。設(shè)備參數(shù)選型如表2所示。

表2 臨修改造設(shè)備參數(shù)

4.1.2 臨修保護(hù)整定

選用比率差動(dòng)原理的差動(dòng)保護(hù)，涌流閉鎖判據(jù)選二次諧波制動(dòng)。

（1）最小動(dòng)作電流整定：

Iop.0=0.4Ie=0.95 A。

（2）起始制動(dòng)電流整定：

Ires.0=1.0Ie=2.386 A。

（3）動(dòng)作特性折線斜率整定：

（4）差動(dòng)保護(hù)靈敏度校驗(yàn)：

（5）二次諧波制動(dòng)系數(shù)Nec的整定：

Nec=差電流中二次諧波電流分量/基波電流分量=0.2。

（6）差動(dòng)速斷電流整定：

Iop.sd=5Ie=11.93 A。

（7）差流速斷保護(hù)靈敏度校驗(yàn)：

差動(dòng)保護(hù)出口瞬時(shí)動(dòng)作于“全停”。

（8）差流越限：建議取（0.3-0.6）Iop.0，電流I=0.4×0.95=0.38 A，時(shí)間t=5 s出口動(dòng)作于“發(fā)信”。

保護(hù)臨時(shí)改造后，廠用6 kV側(cè)母線及下級(jí)支路發(fā)生短路故障時(shí)，發(fā)電機(jī)和系統(tǒng)提供的短路電流與廠用分支電流互相抵消，發(fā)變組差動(dòng)可靠制動(dòng)，不會(huì)發(fā)生區(qū)外誤動(dòng)。

4.2 保護(hù)升級(jí)改造對(duì)策

4.2.1 升級(jí)改造依據(jù)及保護(hù)選型

根據(jù)電力系統(tǒng)要求，2002年初國(guó)家電力公司頒發(fā)了138號(hào)文《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》繼電保護(hù)實(shí)施細(xì)則，電力繼電保護(hù)要求雙重化配置。#7發(fā)變組保護(hù)裝置是選用國(guó)電南自公司的WFBZ-01保護(hù)，已難達(dá)到細(xì)則要求，#7機(jī)組發(fā)變組保護(hù)裝置應(yīng)當(dāng)進(jìn)行升級(jí)改造。根椐#7發(fā)變組實(shí)際情況和詳細(xì)調(diào)研，建議選型南瑞RCS-985A型成套保護(hù)裝置。原理圖如圖2所示。

圖2 RCS-985A發(fā)變組差動(dòng)原理圖

如圖2所示，發(fā)變組單元三塊屏配置，A、B屏配置兩套R(shí)CS-985A，分別取自不同的TA，每套R(shí)CS-985A包括一個(gè)發(fā)變組單元全部電量保護(hù)，C屏配置非電量保護(hù)裝置、失靈啟動(dòng)、非全相保護(hù)，其是發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)把廠用變及兩側(cè)低壓分支均納入了發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)范圍。

4.2.2 RCS-985A比例差動(dòng)保護(hù)特性及參數(shù)定義[3]

RCS-985A型發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)采用的是比率差動(dòng)保護(hù)，其保護(hù)動(dòng)作特性如圖3所示。

RCS-985A比率差動(dòng)動(dòng)作方程如下：

圖3 比率差動(dòng)保護(hù)的動(dòng)作特性

其中Id為差動(dòng)電流，Ir為制動(dòng)電流，Icdqd為差動(dòng)電流起動(dòng)定值，Ie為額定電流。

電流各側(cè)定義：對(duì)于發(fā)電機(jī)變壓器差動(dòng)，I1、I2、I3、、I4分別為主變高壓側(cè)、發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)、廠用變低壓側(cè)A、B分支電流，I5未定義。

比率制動(dòng)系數(shù)定義：

Kbl為比率差動(dòng)制動(dòng)系數(shù)，Kb1r為比率差動(dòng)制動(dòng)系數(shù)增量；Kb11為起始比率差動(dòng)斜率，定值范圍為0.05～0.15，現(xiàn)Kb11取0.10；Kb12為最大比率差動(dòng)斜率，定值范圍為0.50～0.80，現(xiàn)Kb12取0.70；n為最大斜率時(shí)的制動(dòng)電流倍數(shù)，固定取6。

保護(hù)升級(jí)更換后，取值按設(shè)計(jì)要求，能更為絕底地解決發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)缺陷問題，滿足了繼電保護(hù)實(shí)際運(yùn)行中的需要，同時(shí)也符合《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》繼電保護(hù)實(shí)施細(xì)則和電力繼電保護(hù)要求雙重化配置要求。

5 結(jié)語

這次事故的處理過程說明，運(yùn)行中加強(qiáng)設(shè)備重要保護(hù)的管理和分析，對(duì)防止設(shè)備的保護(hù)誤動(dòng)作、減少機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)和保障機(jī)組的長(zhǎng)期安全運(yùn)行均有著非常重要的意義。根據(jù)電廠的實(shí)際情況和繼電保護(hù)實(shí)施細(xì)則的具體要求，#7機(jī)組保護(hù)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行發(fā)變組保護(hù)臨修和全面升級(jí)更換。按保護(hù)設(shè)計(jì)及兄弟電廠保護(hù)改造經(jīng)驗(yàn)，#7機(jī)組通過上述方案改造后，運(yùn)行參數(shù)能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，能保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］王維儉.發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1998.

［2］王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用［M］.北京：中國(guó)電力出版社，1998.

［3］NARI-RELAYS.RCS-985發(fā)電機(jī)變壓器組成套保護(hù)裝置說明書［Z］.南京南瑞繼保電氣有限公司，2004.