潿洲11-1石油平臺透平發電機差動保護誤動原因淺析

馮潤蘭

（湛江南海西部石油合眾近海建設有限公司，廣東湛江 524057）

潿洲11-1石油平臺透平發電機差動保護誤動原因淺析

馮潤蘭

（湛江南海西部石油合眾近海建設有限公司，廣東湛江 524057）

針對潿洲11-1平臺主電站在預調試過程中所發生的差動保護誤動作情況，運用大變壓器負載合閘暫態過程分析及差動保護理論，分析了發電機差動保護誤動作的原因。

透平發電機 中壓柜 真空斷路器 多功能保護繼電器 差動保護 激磁涌流

1 引言

潿洲11－1平臺上部組塊在南油海工碼頭建造，在進行平臺主電站調試過程中，發現只要一合上測試負載回路開關，立刻導致中壓柜發電機主進線真空斷路器（VCB）故障跳閘，隨后導致透平發電機因故障停機現象。進線中壓柜多功能保護繼電器顯示，差動保護動作。針對這一問題，我們對發電機本體、電源進線相序、差動保護電流互感器（CT）極性及接線等進行了認真的檢查；對保護的設定值進行了核算；對多功能保護繼電器進行了校驗，都沒有發現問題。反復試驗了幾次，結果還是一樣。

圖1 測試時的一次系統圖

圖2 差動保護接線圖

圖3 分析差動回路不平衡電流的等效

2 差動保護誤動作的原因分析

我們對差動保護進行分析。如圖1，為測試時的一次系統圖。

差動保護理論原理是依據克希荷夫第一定理。如圖2，為系統差動保護的接線原理圖。當差動保護內部無短路故障時，無論外部電路有無故障，理想情況下，Id=（I1+I2）/n=I1′+I2′=0， n為互感器的變比，繼電器不會動作。如果內部有短路電流，差動保護將靈敏快速地動作。所以，差動保護有電流保護和距離保護無可比擬的性能。

實際上，當外部短路時，雖然一定存在I1+I2=0，但由于電流互感器的誤差，Id=I1′+I2′≠0，稱為差動保護的不平衡電流。因此，在進行差動保護的設定值計算時，應考慮外部短路時的最大不平衡電流，差動繼電器動作值必須大于外部短路時可能產生的最大不平衡電流，才能保證不會產生誤動作。

圖3為分析差動回路不平衡電流的等效電路，兩個電流互感器的激磁阻抗分別為Zμ′和Zμ″，二次連線和電流互感器的漏阻抗之和為Z′和Z″，差動回路的阻抗為Zc。當電流互感器工作于不飽和區，Zμ′和Zμ″趨于無窮大，激磁電流可忽略不計， 即得出理想狀態參數Id=0。或者，將等效電路看作一個橋式電路，如果滿足或能近似滿足Zμ′/ Zμ″=Z′/Z″，則可以實現不平衡電流Id≈0。

再來分析一下我們進行負載測試的具體情況。平臺上單臺透平發電機的容量約為3500KVA，用于差動保護的電流互感器規格為500/5，正常情況下工作合閘負載最大為1000KVA變壓器，而用于負載測試的變壓器容量為4000KVA。負載測試的方式是，先空載投入測試變壓器，然后再在變壓器的低壓側逐漸加負載。查閱資料，可以了解到，三相變壓器空載合閘的暫態過程中，將產生非常大的激磁涌流，對于4000KVA變壓器，如合閘于無窮大電源，其暫態激磁涌流將達到額定電流峰值的8～10倍，即最高可以達到將近5000多安培。所以，在空載投入測試變壓器時，對于容量僅為3500KVA的透平發電機組將造成很大的沖擊，產生類似或超過外部回路短路過程的暫態瞬時大電流，該電流中含有大量的非周期分量。由于非周期分量對時間變化量di/dt遠小于周期分量對時間的變化量，因此它很難變換到二次側，而是大部分成為電流互感器的激磁電流。這樣，將導致電流互感器鐵心的急劇嚴重飽和，從而導致電流互感器TA1和TA2的激磁阻抗Zμ′和Zμ″急劇下降。又因為兩電流互感器不可能做到物理特性完全一致，即不可能做到磁化曲線完全相同，特別是兩者的剩磁大小和方向不同時，兩個電流互感器的飽和程度就不一樣，從而導致激磁阻抗Zμ′和Zμ″下降幅度不一致，甚至偏差較大，破壞了平衡條件Zμ′/ Zμ″=Z′/Z″。這樣，就造成了兩互感器激磁電流Iμ′和Iμ″的不平衡，產生了較大的不平衡電流。在潿洲11－1平臺發電機容量及采用的互感器均較小的情況下，采用如此大容量的臨時變壓器進行負載測試，由此產生的暫態不平衡電流情況相對更加突出，遠大于正常系統工作模式下差動保護計算設定值，所以導致了差動保護誤動作的發生。

3 處理方法

做為預調試臨時測試用，在確認設備正常情況下，一種方法是可采用先把差動故障跳閘輸出閉鎖，待投入測試變壓器后恢復；另一種辦法是采用把多功能繼電器差動保護設定一個延時，以躲開變壓器暫態激磁涌流影響，待測試完成后恢復。實際測試過程中采用了延時方案，保證投入測試變壓器時不誤動，從而完成了發電機組的帶載調試任務。

馮潤蘭（1964—），女，漢，廣東茂名人，職稱：中級工程師，學歷：大學本科，研究方向：機電工程、儀表自動化。