(神華國能重慶發(fā)電廠，重慶 400053)

1 比率差動保護(hù)基本原理

差動保護(hù)是比較各側(cè)電流的大小和相位，目前國內(nèi)絕大多數(shù)發(fā)電機(jī)都采用比率制動特性的差動保護(hù)作為定子繞組相間短路的主保護(hù)。

動作判據(jù)：

(1)

2 差動回路中的不平衡電流

2.1 區(qū)外短路時(shí)的最大不平衡電流

理論計(jì)算公式為

(2)

式中：Kaper為非周期分量系數(shù)，一般取1.5～2；Kst為TA同型系數(shù)，同型取0.5，不同型取1；fi為兩側(cè)TA的幅值之間誤差10%；Ik.out.max指外部最大短路電流的工頻分良。

在發(fā)電機(jī)機(jī)端差動保護(hù)區(qū)外發(fā)生短路，發(fā)電機(jī)兩側(cè)一次電流完全一樣，經(jīng)過電流互感器變換以后，兩側(cè)TA特性和飽和程度的不同造成二次電流也不一樣，而且短路電流越大，TA飽和越嚴(yán)重，不平衡電流越大。

在此短路電流下，兩側(cè)電流互感器各自都要產(chǎn)生負(fù)誤差，即如果一側(cè)TA誤差按0%計(jì)算，另外一側(cè)TA誤差按-10%計(jì)算，那么它們誤差之差的最大值就是10%，這里的fi不能理解成電流互感器誤差為10%。另外考慮到發(fā)電機(jī)兩側(cè)TA是否同型，還要引入同型系數(shù)Kst。

區(qū)外短路產(chǎn)生的短路電流在暫態(tài)過程中一定會包含有非周期分量的，也就是衰減的直流分量，這些諧波分量也會使互感器飽和，也要產(chǎn)生誤差，因此我們還要考慮非周期分量系數(shù)。

通過分析可知，在外部短路時(shí)差動回路中有很大的不平衡電流，要使差動保護(hù)不誤動，動作值應(yīng)大于此不平衡電流，以前的差動保護(hù)就是按照這樣整定的，靈敏度就很低，所以現(xiàn)在都采用比率制動特性的差動保護(hù)。

2.2 正常運(yùn)行時(shí)的不平衡電流

國標(biāo)規(guī)定，正常運(yùn)行時(shí)，5P級電流互感器誤差不得超過±1%，10P級電流互感器誤差不得超過±3%，如果超出了這個(gè)范圍，這種互感器絕對不能使用，因此發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)兩側(cè)TA誤差之差不會大于6%，這個(gè)誤差是由TA二次側(cè)匝數(shù)在制造時(shí)的不精確造成的。另外考慮到保護(hù)裝置采樣通道的誤差之差為2%，所以發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)差動回路的不平衡電流理論上最大為8%Ige左右。

3 關(guān)于整定計(jì)算的問題

多數(shù)繼電保護(hù)專業(yè)人員認(rèn)為，只要保護(hù)整定值在國家頒發(fā)的大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則(DL/T 684—2012)范圍之內(nèi)就可以了，這是一種不負(fù)責(zé)任的工作態(tài)度，國家頒發(fā)的導(dǎo)則只是適用大多數(shù)情況下的基本標(biāo)準(zhǔn)，必須要結(jié)合到現(xiàn)場實(shí)際來靈活處理。

3.1 門檻值(最小動作電流)

DL/T 684—2012整定導(dǎo)則要求，差動保護(hù)門檻值躲過發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的最大不平衡電流，取0.2～0.3倍的額定電流。但絕大多數(shù)電廠為了防止區(qū)外短路保護(hù)誤動，門檻值都取0.3 Ige甚至更大。經(jīng)不完全統(tǒng)計(jì)，實(shí)際上發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行時(shí)差動不平衡電流都不超過0.05 Ige，再考慮可靠系數(shù)2倍以后才只有0.1 Ige,這是其一；其次，前面分析過正常運(yùn)行時(shí)的不平衡電流為0.08 Ige左右，再考慮可靠系數(shù)2倍以后才只有0.16 Ige。因此，現(xiàn)在很多電廠把門檻值都整定為0.3 Ige。

國內(nèi)某電廠專業(yè)人員在整定計(jì)算時(shí)為了防止區(qū)外短路誤動，錯誤地認(rèn)為只要在機(jī)端差動保護(hù)區(qū)內(nèi)發(fā)生兩相短路時(shí)滿足靈敏度就可以了，把門檻值取為高限值0.4 Ige，片面強(qiáng)調(diào)不誤動而忽略了保護(hù)靈敏度。2004年5月該廠一臺發(fā)電機(jī)在滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)因差動保護(hù)動作停機(jī)，事后檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)附近發(fā)生了匝數(shù)很少的相間短路，定子繞組和鐵芯損壞非常嚴(yán)重，差動保護(hù)動作速度如此快，可為什么還會產(chǎn)生這么嚴(yán)重的后果？分析發(fā)現(xiàn)，由于相間短路匝數(shù)少，故障初期差動電流不是很大，而門檻值整定太高，保護(hù)的靈敏度不高，所以故障就只有發(fā)展到差動保護(hù)能夠動作為止，這時(shí)發(fā)電機(jī)定子繞組已經(jīng)嚴(yán)重?fù)p壞，修復(fù)十分困難。

從以上分析可以看出，發(fā)電機(jī)差動保護(hù)門檻值一定要根據(jù)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)差動不平衡電流的實(shí)測數(shù)據(jù)來確定，在確保正常時(shí)不誤動的情況下，盡可能提高保護(hù)靈敏度，門檻值無根據(jù)的增大是完全沒有必要的，畢竟發(fā)電機(jī)差動保護(hù)主要作用是能快速地對故障產(chǎn)生反應(yīng)，而不是防止誤動，整定時(shí)不能完全照搬導(dǎo)則上規(guī)定的0.2～0.3 Ige。

3.2 拐點(diǎn)值(最小制動電流)

比率制動的差動保護(hù)不但可以提高保護(hù)靈敏度，而且還可以很好地防止在區(qū)外短路時(shí)保護(hù)的誤動。拐點(diǎn)值表示的意思就是當(dāng)區(qū)外短路制動電流(即穿越性電流)較大時(shí)，電流互感器可能要飽和(并且穿越性電流越大，差動不平衡電流就越大)，要產(chǎn)生較大的不平衡電流，保護(hù)可能要誤動，為防止保護(hù)誤動，差動電流動作值自動按照比率增大。

實(shí)際上，最小制動電流應(yīng)該是按照保護(hù)用的電流互感器額定電流來確定(因?yàn)橹挥须娏鞒^了其額定值時(shí)電流互感器才可能飽和)，但是為了防止區(qū)外故障保護(hù)誤動，把拐點(diǎn)提前了，一般都是按照發(fā)電機(jī)的額定電流Ige來確定(電流互感器額定電流比發(fā)電機(jī)大)，現(xiàn)在整定導(dǎo)則要求最小制動電流范圍取0.7～1 Ige，更可以保證在區(qū)外故障時(shí)保護(hù)不誤動，隨著拐點(diǎn)電流的減小，動作區(qū)也減少了，保護(hù)的靈敏度也降低了。

那么最小制動電流是該怎么取才合適呢？目前發(fā)電機(jī)差動保護(hù)所用TA有兩種：P級和TP級。TP級電流互感器鐵芯中有氣隙，暫態(tài)飽和能力強(qiáng)，在外部短路的暫態(tài)過程中不飽和或者基本不飽和，所產(chǎn)生的不平衡電流小，對于采用TP級TA的發(fā)電機(jī)差動保護(hù)最小制動電流就應(yīng)該取大一點(diǎn)，比如1 Ige，而對于采用P級TA的就相對取小一點(diǎn)，比如0.8 Ige。

3.3 制動系數(shù)

工程中一般通過計(jì)算得到的制動系數(shù)S都小于0.3，為防止誤動，大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則(DL/T 684—2012)要求S=0.3～0.5，制動系數(shù)可以適當(dāng)提高，一般整定成0.4為宜。

4 調(diào)試檢修中的主要事項(xiàng)

絕大多數(shù)的發(fā)電機(jī)差動保護(hù)誤動是由工作人員的“三誤”造成的。

4.1 電流互感器極性問題

極性接反造成差動保護(hù)誤動的事情時(shí)常發(fā)生，很多工作人員只是把二次側(cè)接線對調(diào)，根本不去考慮是什么原因造成差動保護(hù)誤動，這是我們繼電保護(hù)人員的大忌，否則今后還要出問題。差動保護(hù)所用TA二次側(cè)接線究竟是正引出還是反引出，必須要結(jié)合保護(hù)裝置差動計(jì)算公式和TA一次設(shè)備的安裝方向來確定，離開這兩個(gè)條件來談極性接線是否正確是沒有用的，提高技能是解決問題的關(guān)鍵所在。

4.2 電流互感器中性點(diǎn)重復(fù)接地問題

反事故措施要求差動保護(hù)所用TA二次只允許一點(diǎn)接地。對于微機(jī)保護(hù)，接地點(diǎn)可以在保護(hù)室，也可以在就地端子箱，經(jīng)常會出現(xiàn)在兩側(cè)都接地的情況下。在正常情況下可能安然無事，一旦發(fā)生一次系統(tǒng)接地故障或者雷擊產(chǎn)生地電流造成兩接地點(diǎn)有電位差，將引起差動保護(hù)誤動。因此，這類問題的檢查在每次隱患排查時(shí)必須認(rèn)真執(zhí)行，采用對電流回路絕緣檢查的方法能夠很好發(fā)現(xiàn)是否有重復(fù)接地現(xiàn)象。

4.3 誤整定

誤整定是繼保人員的大忌。每次保護(hù)校驗(yàn)整定時(shí)經(jīng)常會出現(xiàn)某整定值或者控制字輸入錯誤，造成該保護(hù)功能失效。嚴(yán)格執(zhí)行繼電保護(hù)復(fù)核制度，是杜絕誤整定的重要措施。

4.4 TA斷線閉鎖差動保護(hù)問題

以前基本上都采用斷線后閉鎖差動保護(hù)，現(xiàn)在隨著發(fā)電機(jī)機(jī)組容量越來越大，其額定電流最大達(dá)到20 000 A甚至以上，加上所用TA變比非常大，二次側(cè)開路除了產(chǎn)生上萬伏電壓燒壞TA以外，甚至?xí)鹬鲝S房電纜著火的惡性事故，除了差動保護(hù)能夠反應(yīng)以外，其他保護(hù)都不能反應(yīng)。因此現(xiàn)在已有一個(gè)共識，整定時(shí)TA二次斷線都采取不再閉鎖差動保護(hù)，繼電保護(hù)反措也是這樣規(guī)定的。

4.5 誤接線問題

2014年8月，河南某電廠曾經(jīng)發(fā)生過這樣一件事：該廠雙機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，某線路發(fā)生單相接地故障，引起其中一臺發(fā)電機(jī)差動保護(hù)(A柜)動作造成非停。事后工作人員對保護(hù)裝置、二次控制回路、電流回路、定值做了全面的檢查，都沒有發(fā)現(xiàn)問題，最后通過對故障錄波采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析后得出中性點(diǎn)側(cè)TA有飽和情況的發(fā)生，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)B相TA保護(hù)級和測量級接反了，這造成區(qū)外短路中性點(diǎn)側(cè)測量級TA飽和差動電流增大而誤動。如果沒有發(fā)生區(qū)外故障，這種接線錯位可能永遠(yuǎn)不會被發(fā)現(xiàn)。工程中，如果保護(hù)和測量的TA用反了，在正常運(yùn)行時(shí)將會造成計(jì)量不準(zhǔn)，區(qū)外故障保護(hù)誤動以及區(qū)內(nèi)故障保護(hù)靈敏度降低。因此，繼電保護(hù)工作必須認(rèn)真仔細(xì)，兢兢業(yè)業(yè)，來不得半點(diǎn)馬虎。

5 結(jié)語

要想發(fā)電機(jī)差動保護(hù)正確動作，除了讓發(fā)電機(jī)具有高品質(zhì)的保護(hù)裝置以外，更重要的是工作人員要對其進(jìn)行精心運(yùn)維和正確的整定計(jì)算，在防止誤動的前提下提高保護(hù)靈敏度是我們專業(yè)人員必須具有的基本技能，只有加強(qiáng)對保護(hù)理論的學(xué)習(xí)和提高實(shí)際操作技能，才能杜絕繼電保護(hù)“三誤”事件的發(fā)生，才能確保機(jī)組安全穩(wěn)定地運(yùn)行。