雷擊引起發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動(dòng)作原因及對(duì)策

劉豐

(四川江口水力發(fā)電(集團(tuán))廠,四川宣漢 636150)

雷擊引起發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動(dòng)作原因及對(duì)策

劉豐

(四川江口水力發(fā)電(集團(tuán))廠,四川宣漢 636150)

對(duì)普通SiC閥片避雷器及無(wú)間隙ZnO避雷器技術(shù)性能進(jìn)行了對(duì)比,分析了雷擊引起發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動(dòng)作的原因,并得到有效解決。

雷擊 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù) 對(duì)策分析

1 基本情況

四川江口水力發(fā)電(集團(tuán))廠位于四川省宣漢縣城北1km處，年雷電日數(shù)37天，屬較多發(fā)雷區(qū)。總裝機(jī)容量3×17MW，以110KV和35KV兩個(gè)電壓等級(jí)輸電線(xiàn)路接入兩個(gè)供電系統(tǒng)，發(fā)電機(jī)型號(hào)SF17-28-550，額定電壓6.3KV，額定電流1947A，功率因數(shù)0.8，同步電抗Xd=0.72，額定水頭26米，額定轉(zhuǎn)速214.3r/min，定子接法4Y。主變1B型號(hào)為:SFSL7-50000/110Uk1-2=17.9%，UK1-3=9.9%，UK2-3=6.35%，Pk1-2=268.5KW，PK1-3=227.9KW，PK2-3=183.358KW，P0=50.6KW，I0=0.5%，生產(chǎn)廠家為西安變壓器廠，于1992年5月建成投產(chǎn)。

2 發(fā)電機(jī)保護(hù)設(shè)置情況

發(fā)電機(jī)主要保護(hù)設(shè)置有縱差保護(hù)、低壓過(guò)流保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)及失磁保護(hù)(延時(shí)0.5S)，失磁保護(hù)采用0°接線(xiàn)，動(dòng)作邏輯如圖1所示，選用許昌繼電器廠生產(chǎn)的LZ-2型阻抗繼電器。

動(dòng)作阻抗整定為ZA=2.802Ω，ZB=28.02Ω，最大靈敏角Φ＝269°，裝置動(dòng)作時(shí)間≯50ms，低電壓元件DYJ動(dòng)作整定值UDY＝84V，延時(shí)整定為t=0.5s。

圖1 失磁保護(hù)動(dòng)作邏輯

圖2 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)原理框圖

圖3 過(guò)電壓保護(hù)接線(xiàn)

失磁保護(hù)原理框圖如圖2所示。

3 失磁保護(hù)故障情況

35kV兩回送往國(guó)家電網(wǎng)線(xiàn)路經(jīng)過(guò)地區(qū)為頁(yè)巖地質(zhì)，電阻率(20×102Ω.m)較高，接地電阻較大，雷擊過(guò)電壓較難對(duì)大地釋放。其過(guò)電壓保護(hù)接線(xiàn)如圖3所示。

設(shè)計(jì)安裝時(shí)，在6kV、35kV母線(xiàn)、線(xiàn)路起端分別裝設(shè)了FCD-6型磁吹避雷器和FZ-35閥式避雷器(非線(xiàn)性系數(shù)為0.319-0.361，滅弧電壓為41KV)，在2002年之前投運(yùn)的10年時(shí)間里，每年汛期雷雨天氣均要出現(xiàn)雷擊引起發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動(dòng)作、跳閘、停機(jī)的事故，有時(shí)一天還兩次出現(xiàn)。當(dāng)雷聲響過(guò)，事故喇叭響，發(fā)電機(jī)事故光字牌亮，602開(kāi)關(guān)跳閘，機(jī)組停機(jī)。檢查發(fā)現(xiàn)是發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動(dòng)作造成的，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全運(yùn)行。在2002年更換Z3處線(xiàn)路過(guò)電壓保護(hù)避雷器

(更換為ZnO避雷器)之后，就再?zèng)]有這種雷擊引起失磁保護(hù)動(dòng)作的情況發(fā)生。

4 參數(shù)計(jì)算

發(fā)電機(jī)運(yùn)行等值電路如圖4所示。

ùf為發(fā)電機(jī)端相電壓，ùs為35KV母線(xiàn)相電壓，Xd(=0.72)為發(fā)電機(jī)同步電抗，XS為發(fā)電機(jī)與35KV母線(xiàn)之間的聯(lián)系電抗(即主變1B中、低壓側(cè)之間的電抗)。歸算至6.3KV側(cè)的阻抗如下:

主變1B中壓側(cè)電抗:

圖4 發(fā)電機(jī)運(yùn)行等值電路

圖5 避雷器伏安特性

所以，聯(lián)系電抗XS=RT2+RT3+XT2+XT3=0.016+j0.049Ω發(fā)電機(jī)至35kv母線(xiàn)(計(jì)算到6.3kv側(cè))阻抗為:Z=XG+XS=0.016+j1.394=

5 雷擊引起失磁保護(hù)動(dòng)作原因分析

當(dāng)雷電侵入波沿一相導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)入35kV母線(xiàn)時(shí)，引起普通閥式避雷器(型號(hào)為FZ-35，sic材料制作)Z3動(dòng)作、對(duì)地放電、泄放雷電流、降低過(guò)電壓幅值，從而使被保護(hù)設(shè)備絕緣受到保護(hù)。但當(dāng)避雷器被雷電擊穿，對(duì)地放電時(shí)，也就造成對(duì)地短路，當(dāng)雷擊過(guò)電壓消失后，工頻電壓仍然作用在被擊穿的避雷器Z3上，形成工頻短路電流，亦即工頻續(xù)流，若這時(shí)避雷器滅弧電壓較低(FZ-35型滅弧電壓為41KV)，而35kV母線(xiàn)工頻電壓較高，則避雷器不能恢復(fù)到更高電阻狀態(tài)，工頻續(xù)流時(shí)間較長(zhǎng)，這時(shí)線(xiàn)路另一相若因公園樹(shù)枝接地，則形成相間短路，電壓降低，機(jī)端失磁保護(hù)阻抗測(cè)量裝置(LZ-2型)所測(cè)阻抗為這個(gè)阻抗值在阻抗測(cè)量裝置(LZ-2型)的動(dòng)作邊界內(nèi)，當(dāng)?shù)碗妷豪^電器DYJ動(dòng)作后，啟動(dòng)時(shí)間繼電器t，跳602開(kāi)關(guān)，跳滅磁開(kāi)關(guān)、停機(jī)。

6 解決辦法

選用保護(hù)性能好、無(wú)工頻續(xù)流的ZnO避雷器替代SiC避雷器，普通SiC閥式避雷器及ZnO避雷器伏安特性如圖5所示。

它們的優(yōu)、缺點(diǎn)如下:一是在正常運(yùn)行電壓下，ZnO避雷器工作于小電流區(qū)(幾十微安)，而SiC避雷器中的電流可達(dá)100A(因此采用閥片間隙隔開(kāi))；二是在雷擊過(guò)電壓到來(lái)時(shí)，ZnO避雷器可以立即對(duì)地釋放大電流，有效抑制過(guò)電壓對(duì)絕緣的影響，而SiC避雷器由于閥片間隙的影響，要等到雷電壓升至較高電壓時(shí)才能釋放大電流，這對(duì)抑制過(guò)電壓不利；三是在雷擊過(guò)電壓作用之后，ZnO避雷器馬上呈現(xiàn)出高電阻狀態(tài)，阻斷工頻續(xù)流，而SiC避雷器在雷擊過(guò)電壓作用之后，由于非線(xiàn)性系數(shù)較之ZnO避雷器低，仍然呈現(xiàn)出較低電阻狀態(tài)，工頻續(xù)流時(shí)間較長(zhǎng)，容易引起避雷器安裝處低電壓。

因此，ZnO避雷器這種無(wú)工頻續(xù)流的特性，很好地解決了避雷器安裝處出現(xiàn)低電壓及工頻過(guò)流的情況。從阻抗測(cè)量裝置的阻抗測(cè)量公式Zf= ùf／ ìf來(lái)看，更換ZnO避雷器后，Z3處遭受雷擊過(guò)壓后，ùf升高、 ìf降低，測(cè)量阻抗Zf增大，在阻抗特性圓動(dòng)作邊界之外，阻抗繼電器不動(dòng)作，且 ùf升高后，不易引起Z3處線(xiàn)路低電壓，DYJ也不動(dòng)作，因而失磁保護(hù)不動(dòng)作，避免了雷擊引起失磁保護(hù)動(dòng)作停機(jī)的事故。

7 更改效果

鑒于ZnO避雷器技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)及維護(hù)試驗(yàn)簡(jiǎn)單的特性，于2003年春將Z3處避雷器更換成了ZnO避雷器(型號(hào)HY5WZ-51/134)，Z1、Z2處避雷器型號(hào)不變，原保護(hù)裝置(電磁式)不變，失磁保護(hù)阻抗測(cè)量裝置不變，在2009年底所有設(shè)備繼電保護(hù)改造(改為微機(jī)保護(hù))之前的7個(gè)雷雨季節(jié)中，未出現(xiàn)過(guò)雷擊引起失磁保護(hù)動(dòng)作停機(jī)的事故。

8 結(jié)語(yǔ)

以上事實(shí)表明，sic避雷器遭雷擊泄流時(shí)，的確能引起失磁保護(hù)動(dòng)作。而更換ZnO避雷器后，確實(shí)能避免此類(lèi)事故發(fā)生，顯示出更好的技術(shù)性能，切實(shí)彌補(bǔ)了sic避雷器性能上的缺陷。

[1]賀家李,宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理.天津:水利電力出版社,1985.

[2]張一塵.高電壓技術(shù).北京:中國(guó)電力出版社,2000.

劉豐(1966.2—),男,漢族,四川宣漢人,電氣工程師,大學(xué)文化,副總工程師,主要從事水電技術(shù)及安全工作。