楊 濤，車軍浩，吳跨宇

（1.浙江省電力試驗研究院，杭州 310014；2.紹興電力局，浙江 紹興 312071）

某燃機發(fā)電廠1號機組整套啟動過程中，當(dāng)發(fā)電機額定電壓合閘于空載主變與廠變時，發(fā)生發(fā)電機差動保護(hù)動作跳機事故。經(jīng)查發(fā)現(xiàn)事故由勵磁涌流使機端側(cè)電流互感器（TA）飽和從而使發(fā)電機差動保護(hù)誤動引起?？蛰d合閘于主變或高廠變而造成發(fā)電機或主變壓器差動保護(hù)誤動的事例時有發(fā)生，對電網(wǎng)穩(wěn)定運行產(chǎn)生了較大影響[1-2]。因此研究此類事故發(fā)生的原因，并從運行方式及設(shè)計上提出具體解決措施，對避免跳機事故的發(fā)生并提高電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行有著重要意義。

1 事故簡述

1號燃機的電氣主接線如圖1所示。在整套啟動過程中進(jìn)行高壓側(cè)斷路器（52L）開關(guān)的假同期試驗，因此需要1號主變帶電。發(fā)電機空載并調(diào)節(jié)勵磁使其機端電壓額定（10.5 kV），52L開關(guān)斷開狀態(tài)。合閘發(fā)電機出口斷路器（52G）開關(guān)時，發(fā)電機差動保護(hù)動作，跳開52G開關(guān)、滅磁，燃機跳閘。對發(fā)電機保護(hù)檢查發(fā)現(xiàn)，B相差動保護(hù)動作。調(diào)取保護(hù)裝置內(nèi)故障錄波如圖2所示，可見在合閘時電流最大值約為發(fā)電機額定電流的兩倍，波形有明顯的間斷角，并向時間軸一側(cè)偏移，符合變壓器勵磁涌流的波形特征[1]，應(yīng)為發(fā)電機額定電壓下空載合閘于主變與高廠變時產(chǎn)生的勵磁涌流。

如圖1所示，發(fā)電機差動保護(hù)連接于中性點側(cè)與發(fā)電機出口斷路器（GCB）側(cè)的TA，勵磁涌流對發(fā)電機差動保護(hù)來說為穿越性涌流，差動保護(hù)不應(yīng)動作。仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)，B相GCB內(nèi)TA與中性點TA的電流波形存在差別，因此出現(xiàn)了差流，在此差流出現(xiàn)40 ms后，發(fā)電機差動保護(hù)動作。檢查發(fā)電機差動保護(hù)的TA變比設(shè)置、保護(hù)定值、差動保護(hù)電流極性均無誤，且先前進(jìn)行的發(fā)電機短路試驗（短路點在主變低壓側(cè)）已驗證差動保護(hù)的正確性。因此初步推斷差動保護(hù)動作是由于TA飽和引起。

圖1 1號機主接線圖

圖2 故障錄波圖

在初步確定原因后，再次啟動燃機，發(fā)電機在無壓狀態(tài)下合閘52G開關(guān)，后緩慢升壓至額定電壓，在升壓及額定電壓運行過程中均未出現(xiàn)任何保護(hù)報警或動作。隨后成功進(jìn)行了52L開關(guān)的假同期試驗，并將發(fā)電機并網(wǎng)運行。

2 原因分析

發(fā)電機保護(hù)為ELIN公司生產(chǎn)的DRS COMPATA2保護(hù)裝置[3]，該保護(hù)采用每周波12點采樣的傅里葉濾波算法，差動保護(hù)為分相電流差動，每相機端機尾電流的最大值作為各相電流差動保護(hù)的制動電流。

發(fā)電機差動保護(hù)啟動值的整定值為0.09In（In為發(fā)電機額定二次電流），其動作特性為三段折線式。第一段是斜率為0的啟動段。由圖2分析可知，B相的制動電流為0.56In，而其差動電流達(dá)到了0.13In，已經(jīng)處于保護(hù)動作區(qū)內(nèi)，理應(yīng)動作。但發(fā)電機差動保護(hù)啟動電流整定值較低，僅為9%的發(fā)電機額定二次電流，并且小于保護(hù)裝置說明書所推薦的0.2In的整定值，因此保護(hù)啟動定值過低是造成其動作的重要原因之一。

差動保護(hù)動作的根本原因是由于差動電流的出現(xiàn)。變壓器勵磁涌流對于發(fā)電機差動保護(hù)來說為穿越性電流，本應(yīng)無差流。由圖2可見，AC相GCB與中心點側(cè)TA的二次電流波形完全相同，從而差流為零，只有B相發(fā)電機兩側(cè)的二次電流出現(xiàn)不同，故應(yīng)是B相GCB側(cè)或中性點側(cè)TA的傳變環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題，導(dǎo)致差動電流的出現(xiàn)。在每個周波中，B相電流的前1/4周波兩側(cè)電流完全相同，無差流出現(xiàn)，在電流過頂點后，隨后的1/4周波電流不再相同，GCB電流的瞬時值總是小于中性點側(cè)電流，且先于中性點側(cè)歸零。對中性點與GCB側(cè)TA電流進(jìn)行諧波分析，其結(jié)果如表1所示。

表1 不同時刻下的直流分量 %

發(fā)電機兩側(cè)的TA均為PX級低漏磁電流互感器，國內(nèi)機組應(yīng)用較少，國外則應(yīng)用較多[4]。發(fā)電機兩側(cè)的TA變比均為5500/1 A，決定PX級電流互感器特性的額定拐點電動勢、計算系數(shù)等重要參數(shù)，廠家并沒有提供。但是仍可以確定TA傳變問題應(yīng)不是PX級電流互感器的穩(wěn)態(tài)復(fù)合誤差引起。因為如果是穩(wěn)態(tài)傳變誤差，此誤差在每個周波中都將存在，不會是周期性的前1/4周波準(zhǔn)確而隨后1/4周波存在誤差；且GCB側(cè)三相TA的參數(shù)、二次回路負(fù)載都相同，不會僅在B相出現(xiàn)誤差，顯然是GCB側(cè)B相TA在每個周期的后1/4周波鐵芯出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，勵磁電流增大，二次電流減小出現(xiàn)缺損，從而使差動電流出現(xiàn)。

TA的飽和一般可以分為3類[5]，一類是由于大容量穩(wěn)態(tài)對稱電流引起的飽和，二次電流的波形取決于TA負(fù)載類型，稱為穩(wěn)態(tài)飽和；另一類是短路電流中混合有非周期分量，這時TA的工作區(qū)間非對稱，稱為暫態(tài)飽和；還有一類是和TA的剩磁有關(guān)，在剩磁較大時的小電流傳變問題也不能忽視，稱為局部暫態(tài)飽和。

如表1所示，B相電流中含有大量非周期分量，且在故障切除前，非周期分量幾乎是無衰減的。因此在非周期分量的作用下，TA可能會逐漸進(jìn)入飽和區(qū)[5-6]。但是對于GCB的三相TA來說，其特性參數(shù)是一致的，且二次回路負(fù)載是相同的，AC相非周期分量的成分較B相更大，但卻只有B相出現(xiàn)飽和。磁鏈的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

式中：Ψ（0）為剩磁；L2，R2分別為 TA 二次側(cè)的電感與電阻；i2為TA二次電流。

根據(jù)式（1）可知，由于B相TA鐵芯中存在較大含量的剩磁，同時在非周期分量的作用下，鐵芯磁鏈已接近飽和區(qū)，同時由于二次回路中電阻的磁鏈積分效應(yīng)的影響，鐵芯逐漸進(jìn)入飽和區(qū)，然后勵磁電流增大，二次電流出現(xiàn)偏差。在一次電流消失后，鐵芯退出飽和區(qū)，并在下一個周波重復(fù)相同的過程。綜上所述，GCB側(cè)B相TA由于剩磁與非周期分量的影響，出現(xiàn)了暫態(tài)飽和，其二次電流出現(xiàn)缺損現(xiàn)象，從而導(dǎo)致了差動電流的出現(xiàn)。

3 應(yīng)對措施及思考

為了解決上述問題，首先可以選擇在發(fā)電機無壓時合上GCB，發(fā)電機帶主變廠變、零起升壓至額定再并網(wǎng)，即可防止勵磁涌流的出現(xiàn)。另外，應(yīng)考慮增大發(fā)電機差動保護(hù)的啟動電流定值。根據(jù)《大型發(fā)電機變壓器繼電保護(hù)整定計算導(dǎo)則》[7]，發(fā)電機差動保護(hù)啟動定值實際可取0.1～0.3In。因此建議將發(fā)電機差動保護(hù)的啟動定值設(shè)為0.2In，其靈敏度仍可滿足要求，并可減少實際運行中發(fā)電機差動保護(hù)的誤動作。

另外，為了防止此種事故情況的再次發(fā)生，應(yīng)該更多從保護(hù)用TA的設(shè)計上及設(shè)備選型等方面綜合考慮。

（1）300 MW及以上發(fā)電機變壓器組，由于系統(tǒng)一次時間常數(shù)較大，TA暫態(tài)飽和較嚴(yán)重，由此導(dǎo)致保護(hù)誤動或拒動的后果嚴(yán)重。因此，在條件允許的情況下，宜選用TP類互感器，保證在實際短路故障發(fā)生時不致出現(xiàn)TA的暫態(tài)飽和。

（2）100～200 MW發(fā)電機變壓器組及大容量電動機差動保護(hù)用的TA，暫態(tài)飽和問題及其影響后果相對較輕，可選用P類、PR類或PX類TA。但應(yīng)該根據(jù)應(yīng)用情況與運行經(jīng)驗，選擇適當(dāng)?shù)臅簯B(tài)系數(shù)，以減輕TA飽和對保護(hù)的影響。

（3）應(yīng)該充分考慮剩磁對TA飽和帶來的影響，剩磁的存在使TA更容易飽和，且差動保護(hù)兩側(cè)TA剩磁不一致可能形成較大的不平衡電流。對于容量較小的發(fā)電機組，差動保護(hù)回路的互感器可以考慮選用有剩磁限值的PR型TA。

（4）發(fā)電機保護(hù)差動保護(hù)的兩側(cè)TA的型號應(yīng)完全一致，并且兩側(cè)互感器的飽和特性和兩側(cè)的二次負(fù)荷應(yīng)盡量匹配以減少差流。

4 結(jié)語

發(fā)電機額定電壓合閘于空載主變與廠變，產(chǎn)生了勵磁涌流，由于發(fā)電機差動保護(hù)定值設(shè)置不合理，并且穿越性勵磁涌流導(dǎo)致TA暫態(tài)飽和，從而使發(fā)電機差動誤動作。差動保護(hù)是發(fā)電機組的主保護(hù)，其誤動將使機組停機并對系統(tǒng)穩(wěn)定運行帶來嚴(yán)重影響。因此，應(yīng)合理整定差動保護(hù)的定值，并從設(shè)計與設(shè)備選型上充分考慮TA暫態(tài)飽和對差動保護(hù)的影響，防止發(fā)電機差動保護(hù)的誤動，提高其運行可靠性。

[1]王維儉．電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用[M]．北京：中國電力出版社，2001．

[2]方愉冬，楊濤，吳春娣．UR T35/T60變壓器差動保護(hù)誤動分析[J]．電力 系統(tǒng)保護(hù) 與控制，2009，37（14）:118-121．

[3]ELIN．Elin DRS Library of protective functions of the protection system[G]．1996．

[4]袁宇波．變壓器差動保護(hù)理論分析[D]．南京：東南大學(xué)，2006．

[5]劉小寶，蔣平．電流互感器飽和特性分析與仿真[J]．浙江電力，2006，25（3）:1-5．

[6]DL/T 684-1999大型發(fā)電機變壓器繼電保護(hù)整定計算導(dǎo)則[S]．