水庫電站增效擴(kuò)容技術(shù)改造主變沖擊合閘差動誤動作

蔡慶同

(漳州市峰頭水庫管理局，福建 漳州 363000)

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水庫電站增效擴(kuò)容技術(shù)改造主變沖擊合閘差動誤動作

蔡慶同

(漳州市峰頭水庫管理局，福建 漳州 363000)

摘要：差動保護(hù)是變壓器的主要保護(hù)，該保護(hù)要求準(zhǔn)確可靠，而勵(lì)磁涌流則是差動保護(hù)誤動最主要的原因之一，文章就變壓器差動保護(hù)誤動作的一個(gè)實(shí)例，總結(jié)勵(lì)磁涌流造成差動保護(hù)誤動一種表現(xiàn)形式，以及具體解決辦法。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)；微機(jī)差動保護(hù)；電流互感器；勵(lì)磁涌流；比率制動

0引言

峰頭水庫現(xiàn)在運(yùn)行的1#機(jī)組(左岸電站)、2#機(jī)組(右岸電站)是1994—1995年投產(chǎn)電站，經(jīng)過20幾年的運(yùn)行，設(shè)備老化嚴(yán)重，2014年12月進(jìn)行增效擴(kuò)容技術(shù)改造前期工作，2015年12月28日左電站裝機(jī)容量5000kw機(jī)組開始動工改造。

主要改造范圍：裝設(shè)全廠性的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，并對電站進(jìn)行二次系統(tǒng)安全防護(hù)及繼電保護(hù)改造，以提高電站的綜合自動化水平。其中微機(jī)保護(hù)控制由湖南紫光測控有限公司中標(biāo)，采用其成套微機(jī)保護(hù)系統(tǒng)。

本站系統(tǒng)運(yùn)行主結(jié)線圖如圖1所示：

圖1　水庫電站系統(tǒng)運(yùn)行主結(jié)線圖

1故障現(xiàn)象

安裝改造基本結(jié)束后進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。調(diào)試結(jié)果運(yùn)行正常，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到合乎設(shè)計(jì)要求。嘗試對主變沖擊合閘，則出現(xiàn)主變差動信號，斷路器動作跳閘，主變不能上電。技術(shù)人員檢查一遍，未能檢查出原因，包括一次設(shè)備，二次設(shè)備都沒問題，微機(jī)繼電保護(hù)定值計(jì)算正確，設(shè)置也對。嘗試重新合閘再行沖擊上電，信號出現(xiàn)，斷路器動作，故障依舊存在[1]。

2原理分析

為什么在系統(tǒng)沖擊送電時(shí)會出現(xiàn)主變差動保護(hù)動作？電氣設(shè)備安裝技術(shù)人員分別對主變內(nèi)部三相繞組、二次保護(hù)(含縱差保護(hù))回路元件測試，未能發(fā)現(xiàn)任何異常；對整定值進(jìn)行仔細(xì)校核，也未能發(fā)現(xiàn)任何異常。

該主變運(yùn)行時(shí)縱差保護(hù)接線如圖2所示。工作原理是在主變正常工作時(shí)，流過電流互感器TA1、TA2二次側(cè)電流十分接近，即IT約等于IN，這細(xì)微的電流差量是電流互感器生產(chǎn)工藝差異即流性差異造成的，這電流差量小于差動保護(hù)單元整定的差動保護(hù)定值，差動保護(hù)不動作[2]。但當(dāng)兩電流互感器TA1、TA2間線路(含主變內(nèi)部繞組)發(fā)生短路時(shí)，流過電流互感器TA1、TA2的電流差值劇急增大，當(dāng)其差值增大到縱差保護(hù)的整定電流(18.4A)以上時(shí),差動保護(hù)動作，主變斷路器跳閘，設(shè)備得以保護(hù)，避免故障擴(kuò)大。

圖2　主變差動原理圖

差動速斷保護(hù)是過電流保護(hù)，它不經(jīng)任何閉鎖回路，直接動作到斷路器。

帶比率制動特性的縱差保護(hù)的比率差動動作方程如下：

Icd≥Idz0+ K1(Izd-Izd0)

(1)

式中：Icd為差動電流；Idz0為差動啟動定值，Izd為制動電流；K1為比率制動系數(shù)；Izd0為制動電流定值。

對于變壓器：

Icd=│Ih+ Il│

Izd=│Ih-Il│/2

(2)

式中：Ih，Il分別為主變的高壓側(cè)相量和低壓側(cè)的電流的基波電流相量。

經(jīng)過反復(fù)的校驗(yàn)TA1和TA2間線路(連同主變內(nèi)部繞組)都沒有檢查出故障,二次回路元件接線也正常,差動保護(hù)卻動作?

3問題探討

紫光測控有限公司采用5000系列監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)為3000(V2.0)系列的升級產(chǎn)品，亦定義為3000(v2.2)系列。

該系統(tǒng)采用32位高性能DSP(數(shù)字信號處理器)和高速以太網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)設(shè)計(jì)，應(yīng)用在發(fā)變組、電動機(jī)、電力變壓器、電抗器等等電力設(shè)備的保護(hù)及測控。這是一套非常成熟的微機(jī)保護(hù)控制系統(tǒng)，已成功的在多家發(fā)電站投入運(yùn)行，效果明顯，運(yùn)行可靠[3]。

圖3　保護(hù)動作區(qū)

主要功能設(shè)置：

1)繼電保護(hù)功能:

差動速斷保護(hù)功能；

差動保護(hù)功能(采用二次諧波制動和比率制動原理，可受TA斷線閉鎖控制)；

TA斷線報(bào)警功能；

控制回路斷線報(bào)警功能；

四路非電量控制功能，可設(shè)置為油位、溫度等監(jiān)控對象輸入。

2)系統(tǒng)有開關(guān)量輸入：12路；交流模擬量輸入：6路；直流模擬量輸入：1路；8路開關(guān)量輸出：8路。

3)系統(tǒng)有掉電告警功能。

4)系統(tǒng)具有故障錄波功能，最長可錄波20s。

5)系統(tǒng)對時(shí)功能：主機(jī)軟件對時(shí)、脈沖對時(shí)，可實(shí)現(xiàn)gps對時(shí)。

6)系統(tǒng)掉電后，最多可以保存最新40次報(bào)警記錄[4]。

7)系統(tǒng)設(shè)有1個(gè)RS485總線通信接口和1個(gè)以太網(wǎng)通信接口，能夠?qū)崿F(xiàn)雙網(wǎng)通信。

峰頭水庫電站1#機(jī)組主變主保護(hù)為DCAP-5040差動保護(hù)，該保護(hù)比率差動啟動電流為1.8A，返回系數(shù)：0.95；差動速斷電流為18.04A，返回系數(shù)：0.95；比率制動系數(shù)為0.5，循環(huán)電流(制動電流)定值為3.61A。這個(gè)成熟的保護(hù)系統(tǒng)應(yīng)該不會出現(xiàn)此類的故障，那又是怎么造成的呢？經(jīng)過漳州市峰頭水庫管理局和廠家技術(shù)人員的共同分析，最終把懷疑的目光投向主變的勵(lì)磁涌流這一原因。

勵(lì)磁涌流是指變壓器在空載投入或外部故障切除后恢復(fù)供電時(shí)，在變壓器的繞組中產(chǎn)生的暫態(tài)電流。這暫態(tài)電流的產(chǎn)生原因:當(dāng)變壓器投入運(yùn)行時(shí)，變壓器鐵芯中的剩余磁通與變壓器加載工作電壓產(chǎn)生的磁通方向相同,這兩種磁通相互疊加產(chǎn)生的總磁通量大大超過鐵芯的飽和磁通量,它能夠在變壓器內(nèi)產(chǎn)生極大的涌流,這涌流的峰值可能達(dá)到變壓器額定電流的6～8倍。

勵(lì)磁涌流的大小與變壓器投入運(yùn)行時(shí)電源的相角、電源的系統(tǒng)阻抗、變壓器自身鐵芯的剩余磁通有關(guān)。變壓器投入運(yùn)行的電壓曲線過零瞬間，勵(lì)磁涌流則達(dá)到極大值(即磁通峰值)。

勵(lì)磁涌流中可分解出直流分量和高次諧波分量,這兩分量能夠隨時(shí)間衰減而衰減，衰減時(shí)間的長短則受制于回路中的電阻和電抗,也和變壓器的容量有關(guān)，大容量變壓器在5～10 s,小容量變壓器則在0.2s左右[5]。

為了減小、降低勵(lì)磁涌流對微機(jī)保護(hù)的影響，我們采用了幾個(gè)常用的抑制方法，效果不是很明顯，故障仍在。那問題是在哪了，有沒有與電流互感器流性差異相關(guān)呢？技術(shù)人員對主變高低壓側(cè)電流互感器TA1和TA2的技術(shù)特性進(jìn)行更加詳細(xì)的測試：根據(jù)變壓器正常運(yùn)行電流數(shù)值，將兩組電流互感器輸入相應(yīng)的電流，在額定范圍內(nèi)，逐步加大輸入電流，測的兩組電流互感器二次電流幾乎同步加大，即兩組電流互感器的特性曲線幾乎完全重疊。繼續(xù)加大電流，當(dāng)輸入的一次電流超過額定值后，隨著一次電流的增大，兩組電流互感器特性曲線出現(xiàn)顯著的差異，差值甚至超過了微機(jī)差動保護(hù)的整定值，這應(yīng)該就是這次差動保護(hù)動作的原因[6]。

在變壓器空載投入時(shí)，將產(chǎn)生數(shù)值很大的勵(lì)磁涌流，如果兩組電流互感器的技術(shù)特性有較大差別且保護(hù)用的電流互感器只能保證穩(wěn)態(tài)誤差，不考慮暫態(tài)誤差，會使其兩側(cè)電流互感器轉(zhuǎn)變后的二次電流達(dá)到或甚至超過微機(jī)差動保護(hù)的整定電流值造成保護(hù)誤動作[7]。

故障的原因找出后著手處理，把主變高低壓側(cè)的電流互感器更換上同廠家同種工藝生產(chǎn)合格的互感器，檢查無誤后重新測試，隨著一次電流的增大，兩組電流互感器的差量也隨之增大，但變化量在微機(jī)差動保護(hù)的整定電流值內(nèi)。再嘗試送電，差動信號不再出現(xiàn)，故障排除，調(diào)試得以繼續(xù)進(jìn)行。

特別要說明的是，出于節(jié)省改造資金的考慮，這次水庫電站增效擴(kuò)容技術(shù)改造更換大部器件，有部分能夠正常使用的元器件沒有納入更換范疇，1#機(jī)組主變高壓側(cè)的電流互感器沒有更換，一新一舊的元器件造成特異性的差異變大，導(dǎo)致差動信號出現(xiàn)。

4減少故障的主要處理措施

主要有以下4點(diǎn)：

1)用于差動保護(hù)的必須采用差動保護(hù)專用的高精度高性能的電流互感器，這樣能夠使兩組電流互感器的技術(shù)特性盡量相同。

2)采用同廠同種工藝生產(chǎn)的電流互感器。

3)另外還要防止在主變因?yàn)橥獠抗收希霈F(xiàn)暫態(tài)過程，電流互感器不能正確地反應(yīng)出一次側(cè)電流，從而帶來的幅值和相位誤差，必須對采用的比率制動式差動保護(hù)的最大動作電流、比率制動電流及比率制動系數(shù)的整定值進(jìn)行重新的校核和整定，以可靠地躲過非周期暫態(tài)電流及主變勵(lì)磁涌流的影響。

4)必要時(shí)采用二次諧波制動。

參考文獻(xiàn)：

[1]郭仁雄.小水電站經(jīng)營收益與可持續(xù)發(fā)展探討[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2013(06)：56-60.

[2]韓勇.淺談應(yīng)用新技術(shù)提高小水電站設(shè)備改造水平[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013(30)：33-34.

[3]賴德健.淺談如何提高小水電站的經(jīng)濟(jì)效益[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2008(14)：67-68.

[4]羅海珠.小水電站安全運(yùn)行的專業(yè)管理[J].電力安全技術(shù)，2014(04)：89-90.

[5]白峰.提高小水電站管理水平增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)效益[J].通訊世界，2014(09)：49-50.

[6]程曉鳴,潘玉龍,趙國杰,趙新波.內(nèi)蒙烏后旗大壩口水庫改擴(kuò)建工程設(shè)計(jì)方案[J].水利水電工程設(shè)計(jì)，2010(01)：105-108.

[7]安春年,劉正軍,程曉鳴.安徽無為大堤東風(fēng)閘進(jìn)水前池抗?jié)B穩(wěn)定性復(fù)核[J].水利水電快報(bào)，2010(09);33-34.

中圖分類號：TV737

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

[作者簡介]蔡慶同(1970-)，男，福建漳州人，工程師，研究方向?yàn)樗娬倦姎狻?/p>

[收稿日期]2016-01-23

文章編號：1007-7596(2016)03-0097-03