恒運電廠#7發變組差動保護誤動原因分析及對策

葉新鋒

（廣州恒運企業集團股份有限公司，廣東廣州 510730）

0 引言

恒運電廠位于廣州電力負荷中心，總裝機容量1 080 MW。其中#6、#7機組容量均為210 MW，主接線方式為發電機、主變壓器組單元制，各自配置一廠用變。原采用的發變組保護由于設計落后，本身存在設計缺陷，已發生過兩起因保護誤動而導致機組跳閘的事故。

1 運行方式

2013年6月10日，#6、#7機組負荷各帶160 MW，AGC投入。#7機組6 kV廠用VIIA、6 kV廠用VIIB、6 kV廠用VIIC段運行，6 kV廠用VIIC段電源開關601運行，電源開關602備用。

2 事故經過

6月10日09：43，#7發電機突然跳閘，負荷到0，汽機跳閘，鍋爐MFT動作；“發變組差動保護動作”光字牌亮，6 kV廠用VIIA、VIIB段自投正常，6 kV廠用VIIC段電源開關601跳閘，6 kV廠用VIIC段母線失壓。

事后，檢查#7機廠用電系統，在6 kV廠用電室檢查發現601開關“速斷保護”動作，601開關跳閘，外部檢查無異常。進一步的檢查發現6013刀閘開關柜本體鼓起，拆下6013刀閘開關柜后蓋板進行檢查，發現柜內的地面有一只死老鼠，而6013刀閘C相下觸頭與柜體內殼體有放電痕跡，C相觸頭有小部分熔損；查閱故障錄波器，發現#7機組廠用變A分支三相電流在短路故障時有三相電流突變和三相電壓降低的現象。

3 原因分析

3.1 保護配置情況

#7機組發變組保護裝置是選用國電南自公司的WFBZ-01保護，該發變組差動保護設計原理采用的是不完全差動接線，主變高壓側、發電機中心點CT均采用星型接線、減極性接法，差動保護范圍為主變高壓側CT到發電機中性點CT，保護接線方式如圖1所示[1]（不含虛線部分）。

圖1 接線方式

3.2 保護動作問題分析

3.2.1 動作原因分析

事故發生后，現場檢查，6013刀閘開關柜內的地面發現有一只死老鼠，6013刀閘C相下觸頭與柜體內殼體有放電痕跡。分析是老鼠竄入6013刀閘開關柜內引起6 kV廠用VIIC段三相短路（從601開關的故障錄波可以看出，三相短路故障應發生在601開關的饋線部分，事后檢查故障電流約為12 000 A），雖然6 kV廠用VIIC段電源進線開關601“速斷保護”動作跳閘，但由于6 kV廠用VIIC段短路相當于#7廠用變低壓側短路故障，發變組差動保護中有差流，差動保護動作先于601速斷保護動作，使機組保護動作全停。定值設定范圍和實際設定定值如表1所示。

表1 保護動作定值

3.2.2 WFBZ-01發變組保護方程和定值[2]

比例制動動作方程：Id-Iq＞Kz(Iz-Izq)

Izq為拐點電流、Iq為啟動電流、Id為差電流、Iz為和電流、Kz為比例系數。

二次諧波制動動作方程：KcId＞Id.2w

Kc為二次諧波制動比，Id為基波差電流，Id.2w為二次諧波電流。

3.3 分析結論

按照WFBZ-01發變組保護設計，當發變組主回路在主變高壓側CT1和發電機中性CT2之間發生三相短路、兩相短路及兩相接地短路時，保護均能正確動作。當廠用6 kV系統發生接地故障時（如圖1示接地點），雖然故障點在發變組保護范圍之外，但是發變組差動保護回路中仍存在差流，當差流達到保護動作值時，保護動作機組跳閘。主要原因是發變組差動保護在設計中未考慮將廠用分支作為差動制動回路，發變組差動保護始終會搶先動作，原有的設計上無法避免本次區外誤動，這是屬于設計上的缺陷。

4 對策措施

4.1 臨修對策措施

針對該設計缺陷，可在本次停機時，進行臨時改造。對發變組差動保護重新設計，在廠用變高壓側加裝一組CT，與廠用變本身差動保護交差，將廠用分支電流引入發變組差動保護保護回路中，作為發變組差動保護制動回路。臨修改造接線方式如圖1所示（包括虛線部分）。

4.1.1 臨修設備參數選型

本次臨修改造在設備參數及選型方面，主變高壓側CT、發電機側CT保持不變，增加了廠用變高壓側CT。根據差動保護設備選型原則和實際情況，廠用變高壓側CT參數與發電機側CT參數相同。設備參數選型如表2所示。

表2 臨修改造設備參數

4.1.2 臨修保護整定

選用比率差動原理的差動保護，涌流閉鎖判據選二次諧波制動。

（1）最小動作電流整定：

Iop.0=0.4Ie=0.95 A。

（2）起始制動電流整定：

Ires.0=1.0Ie=2.386 A。

（3）動作特性折線斜率整定：

（4）差動保護靈敏度校驗：

（5）二次諧波制動系數Nec的整定：

Nec=差電流中二次諧波電流分量/基波電流分量=0.2。

（6）差動速斷電流整定：

Iop.sd=5Ie=11.93 A。

（7）差流速斷保護靈敏度校驗：

差動保護出口瞬時動作于“全?！?。

（8）差流越限：建議?。?.3-0.6）Iop.0，電流I=0.4×0.95=0.38 A，時間t=5 s出口動作于“發信”。

保護臨時改造后，廠用6 kV側母線及下級支路發生短路故障時，發電機和系統提供的短路電流與廠用分支電流互相抵消，發變組差動可靠制動，不會發生區外誤動。

4.2 保護升級改造對策

4.2.1 升級改造依據及保護選型

根據電力系統要求，2002年初國家電力公司頒發了138號文《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》繼電保護實施細則，電力繼電保護要求雙重化配置。#7發變組保護裝置是選用國電南自公司的WFBZ-01保護，已難達到細則要求，#7機組發變組保護裝置應當進行升級改造。根椐#7發變組實際情況和詳細調研，建議選型南瑞RCS-985A型成套保護裝置。原理圖如圖2所示。

圖2 RCS-985A發變組差動原理圖

如圖2所示，發變組單元三塊屏配置，A、B屏配置兩套RCS-985A，分別取自不同的TA，每套RCS-985A包括一個發變組單元全部電量保護，C屏配置非電量保護裝置、失靈啟動、非全相保護，其是發變組差動保護把廠用變及兩側低壓分支均納入了發變組差動保護范圍。

4.2.2 RCS-985A比例差動保護特性及參數定義[3]

RCS-985A型發變組差動保護采用的是比率差動保護，其保護動作特性如圖3所示。

RCS-985A比率差動動作方程如下：

圖3 比率差動保護的動作特性

其中Id為差動電流，Ir為制動電流，Icdqd為差動電流起動定值，Ie為額定電流。

電流各側定義：對于發電機變壓器差動，I1、I2、I3、、I4分別為主變高壓側、發電機中性點側、廠用變低壓側A、B分支電流，I5未定義。

比率制動系數定義：

Kbl為比率差動制動系數，Kb1r為比率差動制動系數增量；Kb11為起始比率差動斜率，定值范圍為0.05～0.15，現Kb11取0.10；Kb12為最大比率差動斜率，定值范圍為0.50～0.80，現Kb12取0.70；n為最大斜率時的制動電流倍數，固定取6。

保護升級更換后，取值按設計要求，能更為絕底地解決發變組差動保護缺陷問題，滿足了繼電保護實際運行中的需要，同時也符合《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》繼電保護實施細則和電力繼電保護要求雙重化配置要求。

5 結語

這次事故的處理過程說明，運行中加強設備重要保護的管理和分析，對防止設備的保護誤動作、減少機組非計劃停運次數和保障機組的長期安全運行均有著非常重要的意義。根據電廠的實際情況和繼電保護實施細則的具體要求，#7機組保護應當進行發變組保護臨修和全面升級更換。按保護設計及兄弟電廠保護改造經驗，#7機組通過上述方案改造后，運行參數能達到設計要求，能保證機組安全穩定運行。

［1］王維儉.發電機變壓器繼電保護應用［M］.北京：中國電力出版社，1998.

［2］王維儉.電氣主設備繼電保護原理與應用［M］.北京：中國電力出版社，1998.

［3］NARI-RELAYS.RCS-985發電機變壓器組成套保護裝置說明書［Z］.南京南瑞繼保電氣有限公司，2004.