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水电站发电机差动保护误动的分析与处理

发布于：2015-06-17 14:54:17 来自：电气工程/输变电工程 [复制转发]

我县杨家坝水电站1981年投入运行，装机容量为2×2 000+2× 1 000 kW，机组运行一直正常。2003年底对机组进行大修，大修后预防性试验各项数据正常，投入运行也正常，因天气干旱少雨无水停机作冷备用。2004年4月，因为普降大雨，该电站大坝蓄水，所有机组开机发电，当 #3发电机启动后，机组加励磁建压正常，即进行并网操作。但机组并网后带负荷到1 200 kW时，机组差动保护动作跳闸。于是停机对机组进行检查，未发现异常，又开机建压正常后并网运行，仍发生差动保护动作跳闸故障。

2 差动保护误动的原因

我们对机组、出线电缆、开关设备以及相关的一次设备再次进行预防性试验检查，包括测试直流电阻、绝缘、泄漏、耐压等试验，各项数据都在《电力设备预防性试验规程》规定范围内，与上次试验比较无明显变化。于是我们又对该机组所有二次回路进行检查，无发现故障。又对保护设备进行检查，仍无发现故障。再对保护做整组试验，当在做差动保护整组试验时保护动作。经检查发现，接在发电机绕组尾端的三相电流互感器变比不一样，U，V两相电流互感器的变比为300/5，W相为450/5，差动保护跳闸的原因即为电流互感器变比不一致，从而导致不平衡电流大于保护定值所引起。为什么检修以前运行了20多年没有跳闸，而检修后才出现跳闸呢？经过分析发现：2003年公司加大了工作力度，不仅对设备进行检修试验，对所有的保护定值也进行校核。该机组原差动保护整定值为：最小动作电流1.15 A，最小制动电流5 A。校核后的保护定值为：最小动作电流0.76 A，最小制动电流3.82 A。校核后的保护定值的最小动作电流0.76 A小于互感器三相平衡电流，所以机组并网带负荷差动保护则动作跳闸，校核前差动保护最小动作电流1.15 A大于所安装的电流互感器三相不平衡电流，故发电机差动保护不动作。

3 防止保护误动的措施

3.1 对使用的电流互感器要严格把关。发电机差动保护所用的尾端和出口断路器处的两组电流互感器要选用一个厂家的，且型号、性能要完全相同，三相变比必须相同，并尽量使用D级铁心电流互感器，当外部短路故障的最大短路电流通过时，电流互感器应能满足10%误差曲线的要求，从而避免因电流互感器本身参数性能的差异产生的不平衡电流所引起的误动作。
3.2 保护接线必须正确。任意一相极性接反，都会产生不平衡电流而使保护误动作。因差动保护是反映发电机定子绕组相间短路故障的主保护，在电流互感器二次侧应按循环电流法接线，两端电流互感器的同极性端子应朝向同一方向，即两只电流互感器的二次侧异极性相连，差动继电器电流线圈并联在两只电流互感器连线之间。同时，为减小暂态过程中最大不平衡电流的影响，差动保护（继电器）回路中应经中间速饱和变流器接入差动回路，非周期分量不易通过速饱和变流器传到二次侧，中间速饱和变流器可以成功地躲过外部初始短路瞬间出现的最大不平衡电流中的非周期分量产生的影响。
3.3 计算、校核保护定值时，要依据发电机差动保护不同类别来确定。采用常规的电磁型、半导体式保护，主要有比率制动式和有直流助磁特性的差动保护。比率制动式差动保护定值计算时，根据比率制动式差动保护动作的特性，要计算两个定值即最小动作电流和制动系数，最小动作电流不能小于继电器的固有动作电流，规程要求具有比率制动的发电机差动保护制动电流Idz=（0.1~0.3）IN，一般取0.2IN，制动系数建议取0.3~0.4。对有直流助磁特性的差动保护定值计算时，其动作电流要按躲过外部故障时的最大不平衡电流和电流互感器二次回路断线来整定，同时要整定电流回路断线信号。
3.4 采用微机式保护，主要有采样瞬时值和基波相量纵差动保护。采用微机式的发电机纵差动保护要防止干扰的影响，保护装置要有稳定、可靠的接地，主要是装置机壳应接地，若制造厂家无特殊要求，其接地电阻不宜大于1 Ω。其次是装置内部的数字、模拟、功率、屏蔽等单元，为防止电场和磁场的干扰，必须使用带屏蔽型的二次控制电缆，装置机壳使用铁质材料。为防止外部浪涌影响微机工作，必须保证端子排任一点同微机部分无电的联系。电源使用要慎重，一般应采用通过逆变后的开关电源，由蓄电池直流逆变成高频电压后经高频变压器隔离。
3.5 为确保差动保护动作的灵敏度，应确保电流互感器二次回路断线时不误动作。在差动保护接线中引入平衡线圈，即将差动线圈接在差动回路里相应的相线上，三个平衡线圈串联在中性线回路中，并与差动线圈反极性连接。这样，当任一根差动回路的连接导线断线时，断线相上的一个差动线圈和三个平衡线圈均有电流通过，由于断线相的差动线圈与其平衡线圈是反极性连接的，其产生的磁通互相抵消，故差动保护不会因断线而误动作。
3.6 保护装置的投切、更换必须做预防性试验，还要对发电机组的二次回路进行检查。试验时要测试差动保护二次回路的直流电阻，检查其接线是否牢固，回路接线是否正确。安装和检修以后在投入运行前，要对电流互感器的极性进行校核，即一次侧电流从端子L1流入，而二次侧电流则从其同极性端子K1流出，采用直流法、交流法、仪表直接测量法对电流互感器的极性进行校核。
3.7 发生发电机组差动保护动作跳闸后，不得轻易进行试送电，要认真检查保护范围内的所有设备。先从外部检查，查看一次设备外部有无明显的短路现象，查看二次回路接线、极性有无明显的接线错误，再用检测设备进行预防性试验，检查发电机内部是否有匝间短路现象，发电机引出部分有无短路现象存在。

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