安谷水電站220 MVA主變壓器差動保護未接入高廠變分支電流的分析

何 國 珍， 梁 兵 鈺

(中國水電建設集團圣達水電有限公司，四川 樂山 614013)

1 安谷水電站主接線及主變保護配置情況

安谷水電站位于四川省樂山市市中區(qū)安谷鎮(zhèn)與沙灣區(qū)嘉農鎮(zhèn)接壤的大渡河干流上，為大渡河干流梯級開發(fā)中的最后一級。壩址距上游沙灣水電站約35 km，下游距樂山市區(qū)15 km。電站采用一級混合式(河床式廠房加長尾水渠)開發(fā)，電站正常蓄水位高程398 m，安裝容量為4×190 MW+1×12 MW(生態(tài)機組)軸流轉槳式水輪發(fā)電機組，屬國家大(一)型規(guī)模電站。

電站首臺機組于2014年12月8日并網，至2015年8月第五臺機組并網發(fā)電，1年時間內5臺機組全部建成投產。

1.1 主接線及廠用10 kV系統(tǒng)接線

安谷水電站5臺機組采用單元接線方式，配置4臺220 MVA主變壓器和1臺15 MVA主變壓器，190 MW機組(1～4F)額定電壓為13.8 kV，生態(tài)機組(5F)額定電壓為10 kV，機組出口經過5臺主變壓器升壓至220 kV、通過同塔雙回線路接入峨眉南天500 kV 變電站。1～4F出口通過分相封閉母線與主變壓器低壓側聯(lián)接，5F出口通過電纜與主變壓器低壓側聯(lián)接。220 kV升壓站采用GIS結構。

安谷水電站廠用10 kV系統(tǒng)共設計有Ⅴ段母線，Ⅰ、Ⅱ段母線進線從1、3#主變壓器低壓側經1、2#高廠變(13.8 kV)降至10 kV引入，Ⅲ段母線進線從5#主變壓器低壓側經快熔限流裝置引入，Ⅳ段母線進線通過外來35 kV電源經降壓引入，Ⅴ段母線進線進線動10 kV柴油發(fā)電機出口引入，Ⅴ段母線可按順序通過母聯(lián)斷路器首尾聯(lián)接。正常運行方式下，廠用電10 kV系統(tǒng)Ⅰ、Ⅱ段相聯(lián)，Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ段相聯(lián)運行。

1.2 主變保護配置及差動整定情況

在安谷水電站主設備繼電保護配置中，220 kV線路、220 kV母線、主變壓器、機組的保護裝置均為雙套配置。

由圖1可以看出：1～4#主變壓器保護主要配置了差動、復壓過流、零序(接地、間隙)、過勵磁、非全相保護； 5#主變也配置了差動、復壓過流、零序(接地、間隙)、過勵磁、非全相保護。其中1、3#主變的差動保護未引入高廠變分支電流，而5#主變差動保護則將廠用電分支電流引入。

1.2.1 1、3#主變差動保護整定情況

主變差動保護(RCS-985TW)裝置以主變低壓側為基準側(表1)，采用標厶值整定，設低壓側額定二次電流為Ie2。

保護定值：

(1)差動啟動定值：Icdqd=0.3×Ie2

(2)差動速斷定值：6×Ie2

(3)差流報警定值：0.2×Ie2

(4)比率制動起始斜率：Kbl1=0.15

(5)比率制動最大斜率：Kbl2=0.5

諧波制動比：0.15

運行方式控制字整定：

(1)差動速斷投入：1

(2)比率差動投入：1

(4)TA斷線閉鎖比率差動：0(不閉鎖)

保護瞬時動作于發(fā)信，跳發(fā)電機出口斷路器，跳主變高壓側斷路器，跳廠高變低壓側斷路器(僅1、3#主變)，啟動故障錄波，啟動220 kV側斷路器和發(fā)電機斷路器失靈保護。

1.2.2 5#主變差動保護整定情況

主變差動保護(RCS-985TW)：裝置以主變低壓側為基準側(表1)，采用標厶值整定，設低壓側額定二次電流為Ie2。

保護定值：

(1)差動啟動定值：Icdqd=0.3×Ie2

(2)差動速斷定值：6×Ie2

為了提高分析的準確度，將已知項目中任務的經緯度坐標和價格進行多項式擬合，得到任務定價關于任務點經緯度的函數(shù)關系，即

(3)差流報警定值：0.2×Ie2

(4)比率制動起始斜率：Kbl1=0.15

(5)比率制動最大斜率Kbl2=0.5

諧波制動比：0.15

運行方式控制字整定：

(1)差動速斷投入：1

(2)比率差動投入：1

(3)涌流閉鎖原理：0(二次諧波閉鎖)

(4)TA斷線閉鎖比率差動：1(閉鎖)

保護瞬時動作于發(fā)信，跳發(fā)電機出口斷路器，跳主變高壓側斷路器，跳廠用電分支斷路器，啟動故障錄波，啟動220 kV側斷路器和發(fā)電機斷路器失靈保護。

2 問題的提出

2015年7月20日23時，安谷水電站廠用10 kV系統(tǒng)正常方式下運行，大壩10 kV Ⅳ段至庫尾10 kV饋線受雷擊引起兩相短路，造成Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ段失電、5#主變和5#機組非計劃停止運行。現(xiàn)場檢查為Ⅲ段進線限流裝置熔斷器熔斷，5#主變差動保護動作。

圖1 阻抗計算過程圖

220kV系統(tǒng)發(fā)電機機端發(fā)電機機端10kV工作段400V工作段基準電壓UB(KV)23013．810．5100．4基準電流IB(KA)0．2514．1845．4995．774144．342

事件發(fā)生后，安谷水電站立即組織技術人員進行分析，查明故障點位于5#主變差動保護范圍界外，線路雷擊故障不應引起5#主變差動保護誤動，在對5#主變差動保護裝置及其廠用分支電流回路進行檢查時均未發(fā)現(xiàn)問題。隨后向廠方調試人員反映了該情況，調試人員檢查其原因為調試時裝置內部程序未將廠用分支電流納入差動保護的差流計算，從而造成差動保護區(qū)界外保護錯誤動作，擴大了事件停電范圍，隨后廠方派人到現(xiàn)場進行了處理。

此次事件的發(fā)生是由于廠方調試人員疏忽，將已經接入廠用電流分支的差動保護在邏輯上未參與計算造成的。

由此提出筆者的論點：對1、3#主變及5#主變均有廠用分支，5#主變差動在10 kV廠用系統(tǒng)故障時，廠用分電流設置錯誤會造成主變差動保護誤動作。那么，1、3#主變差動保護在設計上未將高廠變電流分支接入，會不會存在廠用10 kV Ⅰ、Ⅱ段故障時發(fā)生1、3#主變差動保護動作的情況呢？

3 計算過程

由于高廠變高壓側沒有裝設斷路器，也沒有安裝熔斷器，當高廠變支路(包括廠用變直至高廠變低壓側斷路器位置的范圍)故障時，保護動作對象與主變保護是一樣的，需要切除主變兩側斷路器，因此，高廠變支路是否需要裝設CT接入主變差動保護的判斷依據是：當廠用變低壓側發(fā)生三相金屬短路時，所產生的短路電流是否會啟動主變差動保護，如果不會啟動差動保護，當然就不需要。

基準容量選擇為SB=100 MVA。

1#高廠變低壓短路電流計算阻抗變化情況見圖1。

高廠變低壓母線短路時，短路阻抗為2.446 Ω，歸算到高廠變高壓側短路電流為：

Id=1/2.446×4.184

=1.710 5(kA)/1 710.5(A)

4 結 語

主變低壓側額定電流為9 204.4 A，主變差動保護啟動電流為0.3In=0.3×9 204.4=2 761.3(A)；通過上述計算得知：高廠變低壓側母線短路時，歸算到高壓側的電流為1 710.5 A，小于主變差動啟動電流2 761.3 A，因此，主變差動保護不需要接入高廠變支路CT回路。