一起發電機聯絡線非事故跳閘的分析

廣東韶鋼松山股份有限公司 陶瑞基 成 霞

1 背景情況

韶鋼6#TRT 發電機組為6.3kV 單母線接線形式。有一回聯絡線與上級開關站相連，機組側為2QF 開關，一電站側為611開關。聯絡線保護裝置為SEL-587，該保護帶差動保護功能，裝置設置在6#TRT 機組側的線路保護屏上。如發生聯絡線差動保護，線路保護裝置SEL-587發出跳閘指令，聯跳6#TRT 機組側的2QF 開關、一電站側的611開關。

圖1 6#TRT 發電機組主接線圖

聯絡線差動保護電流回路采用了二次硬接線形式，6#TRT 發電機組與一電站高壓室開關柜距離約400米，二次控制電纜規格為6×2.5mm2（使用4芯，備用2芯），用作將一電站側開關柜的電流互感器二次側電流接入到6#TRT 發電機組側的聯絡線SEL-587保護裝置。一電站側開關柜為2014年改造更換、為ABB 的ZS1型開關柜，6#TRT 機組側為2008年建設、為上海駿晗電氣有限公司KYN28A 型開關柜。兩側開關柜電流互感器變比均為1000/5A，準確等級均為0.5/10P15、容量均為15/15VA，電流互感器的型號、變比均相同，但由不同的廠家供貨安裝。

6#TRT 發電機電壓等級為6kV，其保護裝置為SEL-300G，差動保護電流回路采用了二次硬接線形式，差動保護用的兩組電流互感器距離約80米，電纜規格為6×2.5mm2控制電纜（使用4芯，備用2芯）。兩側電流互感器變比均為1000/5A，準確等級均為0.5/10P15/10P15，容量均為15/15/15VA，電流互感器的型號、參數均相同，且由同一廠家供貨安裝。

某日6#TRT 發電機因雷雨雨水進入發電機出口側端蓋內，造成6#TRT 發電機跳停。經現場檢查發現其并網開關柜的微機保護SEL-300G 裝置報差動保護動作，ABC 三相差動保護信號燈亮，6#TRT 發電機并網開關柜1QF 保護跳閘。檢查發現發電機定子三相對地絕緣值為零。將發電機端蓋打開后，發現發電機定子出線銅母排有拉弧痕跡，母排室下部有少量積水，A 相母排與機殼之間絕緣板有碳化現象。6#TRT 發電機組的聯絡線SEL-587保護裝置報差動保護動作，ABC 三相差動保護信號燈亮，聯跳了6#TRT 機組側的2QF 開關、一電站側的611開關。

6#TRT 發電機組聯絡線、6#TRT 發電機本體均設置了差動保護功能，此次短路故障點在發電機的出口銅排處，發電機本體SEL-300G 保護裝置三相差動保護動作，并網開關1QF 跳閘動作是準確無誤的。短路點不在聯絡線上，但為何聯絡上的差動保護裝置SEL-587卻動作了，開關也跳閘了，這是什么原因造成的？保護動作準確與否？應不應該動作？

2 差動保護動作情況分析

發電機差動保護的分析。經現場排查分析此次故障為：6#TRT 發電機暴雨期間雨水飄淋到發電機軸端，被負壓作用從發電機軸隙吸入到固定母排的絕緣板處，導致母排絕緣降低，爬電引起A 相接地，25秒后三相弧光短路，從發電機本體SEL-300G 保護裝置查看短路電流達11000A，差動保護動作，并網開關1QF 跳閘。短路電流導致上一級的變電站6kV 母線瞬間低電壓。現場看到確實存在短路故障點。發電機差動保護的結論：發電機差動保護動作、1QF 開關跳閘是準確無誤的。

聯絡線差動保護的分析。從聯絡線的SEL-587保護裝置上查看故障錄波曲線，可明顯看出發電機組側保護W1繞組的電流（二次值約100A）遠大于一電站側保護W2繞組的電流（二次值約50A），達到了差動保護動作電流值（二次值為27.52A），從保護原理、保護動作條件來看，聯絡線的差動保護動作，發電機組側2QF 開關、一電站側611開關均保護跳閘也是準確無誤的。聯絡線差動保護的結論：符合實際情況。

聯絡線差動保護動作合理性分析。如從差動保護的保護范圍、保護原理來分析，故障點發生在發電機出口而不是在聯絡線保護范圍內。聯絡線差動保護動作的結論：合情但不合理，這種情況屬于保護誤動作，造成了保護及開關越級跳閘了，將短路事故引起的停電范圍擴大了。

3 聯絡線差動保護動作原因分析

當發生短路時發電機提供短路電流，電網也通過聯絡線611提供短路電流。因此聯絡線的兩側電流互感器均能采樣到短路電流，均將各側的電流互感器二次側電流輸入到聯絡線SEL-587差動保護裝置中。從短路時采樣到的兩側電流互感器的二次側電流可知，發電機組側的電流互感器W1繞組電流遠大于一電站側的電流互感器W2繞組電流。從背景內容可知：聯絡線長約400米，差動保護用的控制電纜規格為6×2.5mm2控制電纜。

電流互感器磁飽和的主要原因：電流過大、頻率過低、二次負荷阻抗過大。繼電保護裝置動作的正確性在很大程度上取決于電流互感器電流轉變的準確性。電流互感器在電力設備或線路發生故障時，如電流較大或是其二次阻抗超標易引起磁路飽和，降低電流傳變的準確度，影響繼電保護裝置的正確動作。聯絡線差動保護動作原因可能有如下兩點：

3.1 控制電纜過長，線徑偏小

一電站對側電流經二次電纜接到6#TRT 發電機組側，距離較遠阻抗大，說明二次負荷阻抗過大。在正常負荷運行時，一電站側流經二次電纜的電流變化慢，電流能正常輸送到6#TRT 發電機組側的聯絡線SEL-587裝置不存在差流。但在短路的情況下，運行是由正常突然轉變到不正常，電流發生了突變，一電站側由于線路長存在阻抗，電流在突變時被抑制，輸送到差動保護裝置的電流比正常運行時速度變緩且變小了。6#TRT 發電機組側的電流互感器二次電纜短、阻抗小，電流基本上不受影響。因此，差動保護裝置因兩側輸入的同一時刻的電流相差大，差動保護裝置判斷為差流，達到保護設定值后發出差動保護跳閘指令。

3.2 兩側的電流互感器存在特性不一致的可能

因兩側開關的電流互感器是不同廠家、不同批次的產品，雖然電流變比一致，但存在特性差別大的可能，比如說磁飽和特性不一致、反應速度不一致、變比存在誤差等，均會造成輸入差動保護裝置的電流變化率、電流大小不一致，最終造成差流，達到保護設定值后發出差動保護跳閘指令。

3.3 7#TRT 發電機組聯線路差動保護概況

韶鋼7#TRT 發電機組聯絡線差動保護是國產的保護裝置NAS-915A，差動保護裝置在7#TRT 進線柜開關柜側，后備保護裝置是SEL-551。7#TRT聯絡線長約400米，差動保護用的電流二次接線電纜規格為6×2.5mm2控制電纜。7#TRT 存在發電機一并網就造成聯絡線差動保護跳閘的情況，因此在每次7#TRT 發電機并網時先退出聯絡線路的差動保護壓板，并網成功后再投入聯絡線路的差動保護壓板。原因與6#TRT 聯絡線路跳閘相似，也是電流互感器的特性及電流互感器的二次阻抗大造成的。

3.4 8#TRT 發電機組聯線路差動保護概況

8#TRT 聯絡線采用的差動保護裝置也是SEL-587裝置、長約100米，而6#TRT、7#TRT 聯絡線長度均為400米，8#TRT 聯絡線差動保護用的電流線短了近300米。差動保護用的電流二次接線電纜規格為6×2.5mm2，但8#TRT 發電機組無6#TRT、7#TRT 聯絡線在并網操作時，聯絡線存在差動保護的現象。說明差動保護用的電流二次接線電纜長度對阻抗值存在較大的影響，會導致聯絡線發生非聯絡線故障引起聯絡線差動保護的情況，需對這種情況加以整改。還有一個可能，聯絡線兩側的高壓開關柜均是同一廠家品牌產品，電流互感器型號、參數等一致，可能磁飽和特性一致，就避免了區外故障、區內誤動作的可能。

4 分析驗證及整改措施

4.1 電流互感器磁飽和度試驗

為驗證判斷是否準確，對6#TRT 聯絡線路兩側的電流互感器的伏安特性進行試驗，在完成兩側電流互感器的變比特性、二次回路絕緣、電流加量等試驗后均未發現問題。但發現6#TRT 聯絡線路兩側的電流互感器的伏安特性區別較大。一電站側611開關的電流互感器的磁飽和度高，拐點電壓為590V，時間上比較慢飽和；而發電機站側的電流互感器的磁飽和度低、拐點電壓為375V，時間上較快飽和。6#TRT 聯絡線路兩側的電流互感器磁飽和度拐點電壓存在相差較大現象。

4.2 6#TRT 聯絡線路差動保護分析

電流互感器的磁飽和性能不同，造成的抗飽和性能就不相同。當發生6#TRT 聯絡線路區外故障時，發電機及電網均提供短路電流給短路點，因發電機組側的電流互感器的磁飽和性能較差、先出現飽和，二次側的電流波形就會先產生畸變。一電站側611開關的電流互感器的磁飽和性能較好、后出現飽和，未出現飽和時二次側的電流波形未產生畸變。這種情況下，同一時刻流入6#TRT 聯絡線路差動保護裝置的電流自然就不相同，導致6#TRT 聯絡線路差動保護裝置按設置好的保護邏輯及保護定值開始運算，誤認為線路存在故障，從而導致差動保護裝置誤動作，區外故障區內保護啟動且跳閘，從而發生了誤跳閘。

電流互感器能將一次回路電流準確轉變到二次回路電流，也就是起到將大電流轉變為小電流的作用。當電力系統發生事故時，一次回路的電流遠大于正常的負荷電流，且電網中存在著大量的直流分量，導致電流互感器鐵芯進入飽和狀態，導致電流互感器的二次回路電流出現畸變的現象。6#TRT 聯絡線路兩側的電流互感器只是變比相同，但存在型號、磁飽和特性等參數不相同的情況，最主要的是磁飽和特性不一致，最終導致6#TRT 聯絡線路差動保護區外故障，卻是區內動作的現象。

由于差動保護兩側的電流互感器磁飽和特性不一致，很容易在電網某一處發生短路事故時差動差動保護誤動作的現象，這種情況也較常見，如對差動保護工作原理、電流互感器磁飽和特性等技術不熟悉時會無從下手進行整改。6#TRT 聯絡線路發生過兩次非聯絡線路短路故障：一次是上級開關站電網發生了短路、一次是6#TRT 發電機組短路，兩次都是聯絡線路差動保護跳閘的情況。經過分析及試驗驗證，是6#TRT 聯絡線路兩側的電流互感器磁飽和特性不一致造成的誤動作。

4.3 整改措施

最主要的措施是避免發生短路時聯絡線保護裝置兩側電流存在較大偏差，這可做到區外故障時聯絡線差動保護不誤動，只有區內故障時才準確動作。

4.3.1 更換兩側電流互感器

建議將6#TRT 聯絡電纜兩側開關柜的電流互感器全部更換為同廠家、同型號規格、同批次產品。當兩側電流互感器參數不一致時，在正常運行時兩側的電流互感器都未出現磁飽和情況，均能準確將一次電流轉變成二次電流，電流互感器二次側的電流差值就很小，不會讓差動保護裝置啟動。但如發生短路時這種情況就很極端，電源側會向短路點提供短路電流，一次回路電流遠大于正常的負荷電流，且存在大量直流分量，容易磁飽和的電流互感器先進入飽和狀態，較不易磁飽和的電流互感器鐵芯晚進入飽和狀態，導致差動保護裝置接收到的兩側電流大小不一致，導致差動保護裝置按設置好的保護邏輯及保護定值開始運算，誤認為線路存在故障，從而導致差動保護裝置誤動作。

如兩側電流互感器參數一致時，可最大限度地保證輸出電流大小、變化速率、磁飽和度等參數相同，避免帶來的誤差。這樣參數差異小，無論是發生區外部故障還是區內故障，兩側的電流互感器餓飽和特性基本一致，電流互感器二次側的電流差值就相差不大，能夠確保差動保護裝置不會誤動作。

4.3.2 改為光纖式的差動保護裝置

光纖式差動保護可有效避免兩側差動保護用的電流互感器電流輸送距離遠帶來的各項問題，如電纜阻抗大、電流反應速率不一致等。做到反應迅速、動作準確可靠。建議將6#TRT、7#TRT、8#TRT 發電機組的聯絡線差動保護采用光纖式的差動保護裝置，可避免非線路故障，只因遠端的二次負荷阻抗過大、電流反應速率不一致造成聯絡線路差動保護誤跳閘的情況。

綜上，當供配電系統發生故障時，繼電保護應做到速動性、準確性、選擇性、靈敏性。對于差動保護，兩側的電流互感器選擇猶為重要，特別是磁飽和特性更為重要，如果選擇不當就會發生差動保護誤動作的情況。