肖南文

(廣東粵海飛來峽水力發(fā)電有限公司，廣東 清遠(yuǎn) 511825)

1 概況

1.1 故障前的一次設(shè)備運(yùn)行工況

飛來峽電廠一次設(shè)備運(yùn)行情況為：1#機(jī)組、2#機(jī)組和4#機(jī)組均帶負(fù)荷30 MW運(yùn)行，3#機(jī)組檢修，1#主變、2#主變運(yùn)行，220 kV飛浩線2 387開關(guān)運(yùn)行，110 kV 1#主變變中101開關(guān)運(yùn)行，10.5 kV 1#主變變低5 010刀閘運(yùn)行，110 kV飛北線121A開關(guān)熱備用，110 kV 2#主變變高102開關(guān)運(yùn)行，10.5kV廠用電510、520和530開關(guān)運(yùn)行，500和550處于熱備用狀態(tài)(10 kV三段廠用電分段運(yùn)行)，10 kV廠用電備自投裝置投入狀態(tài)。飛來峽電廠一次設(shè)備[1]如圖1所示。

圖1 一次設(shè)備示意

1.2 故障現(xiàn)象

2019年4月13日02時(shí)04分，監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)220 kV 1#主變“10.5 kV PT101接地故障”報(bào)警，10 kVⅠ段母線接地保護(hù)動(dòng)作(64B)、1#機(jī)組定子接地報(bào)警和2#機(jī)組定子接地保護(hù)(64G)動(dòng)作跳閘等信息，1#、2#機(jī)組分別甩30 MW負(fù)荷跳閘。機(jī)組跳閘后接地跳閘報(bào)警信號(hào)自動(dòng)消失。1#、2#機(jī)組出口開關(guān)501、502跳閘，廠用電備自投裝置退出?，F(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)如下信息。

1) 220 kV 1#變壓器保護(hù)裝置

1#變壓器保護(hù)裝置A屏、B屏面板上出現(xiàn)裝置報(bào)警和主變低壓側(cè)零序電壓報(bào)警，無跳閘信號(hào)。

2) 1#、2#機(jī)組保護(hù)裝置

1#機(jī)組保護(hù)柜10 kV母線1接地、發(fā)電機(jī)頻率保護(hù)、發(fā)電機(jī)斷路器失靈保護(hù)信號(hào)燈亮，2#機(jī)組保護(hù)柜發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)燈亮；現(xiàn)場檢查1#、2#機(jī)組出口開關(guān)501、502已跳開，兩臺(tái)機(jī)組都已停穩(wěn)。

3) 1#、2#機(jī)組及10 kVⅠ段母線柜檢查

現(xiàn)場對(duì)10 kV廠用母線PT柜絕緣、10 kV封閉母線、10 kV部分饋線電纜和1#、2#機(jī)組出線電纜等進(jìn)行外觀檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，但在10 kV電纜廊道聞到焦味。

4) 開關(guān)站220 kV 1#變壓器及5010刀閘室檢查

220 kV 1#變壓器外觀未發(fā)現(xiàn)異常，但在開關(guān)站5010刀閘室也聞到燒焦氣味。

2 故障處理及存在的問題

2.1 故障處理[2]

事件發(fā)生后，當(dāng)班值長立即通知運(yùn)維值班人員到現(xiàn)場檢查處理，向中調(diào)匯報(bào)220 kV 1#主變運(yùn)行情況和1#機(jī)組、2#機(jī)組跳閘停機(jī)等事件；并立即下令倒換廠用電，將電廠10 kV廠用電Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段分段運(yùn)行倒換為由Ⅲ段帶Ⅰ段與Ⅱ段分段運(yùn)行，聯(lián)系地調(diào)申請(qǐng)向飛北線送電；然后向中調(diào)匯報(bào)保護(hù)裝置動(dòng)作情況且做好相關(guān)記錄，并向中調(diào)申請(qǐng)將220 kV 1#變壓器由運(yùn)行轉(zhuǎn)為冷備用，填報(bào)緊急搶險(xiǎn)單作進(jìn)一步檢查處理。

2.2 發(fā)現(xiàn)的問題

根據(jù)10 kV電纜廊道和5010室聞到的燒焦氣味，推測其原因可能是1#主變低壓側(cè)到10 kV封閉母線某處存在故障，打開該段封閉母線蓋板，發(fā)現(xiàn)220 kV 1#主變“10.5 kV 出線母線口A相絕緣板燒毀，故障判定為1#主變低壓側(cè)A相弧光接地故障，遂做整體更換處理，后測其絕緣值，絕緣A相68 MΩ、B相62 MΩ、C相105 MΩ，試驗(yàn)合格(規(guī)程10 MΩ滿足要求[3])。

通過與出現(xiàn)的報(bào)警信息對(duì)比，發(fā)現(xiàn)A相絕緣板燒毀是1#主變低壓側(cè)母線接地保護(hù)(64B)動(dòng)作的直接原因，在該故障過程中不應(yīng)出現(xiàn)1#機(jī)組定子接地報(bào)警和2#機(jī)組的定子接地動(dòng)作的信息，即1#主變低壓側(cè)接地保護(hù)動(dòng)作屬于機(jī)組定子保護(hù)區(qū)外故障引起，1#機(jī)組和2#機(jī)組定子保護(hù)區(qū)內(nèi)并無故障發(fā)生，其定子保護(hù)不應(yīng)該有報(bào)警和動(dòng)作信息。

由于上述可以確定故障為1#主變低壓側(cè)母線接地保護(hù)(64B)動(dòng)作所引起，根據(jù)1#機(jī)組跳閘矩陣設(shè)置，1#機(jī)組母線接地保護(hù)64B動(dòng)作后果是自動(dòng)停機(jī)和啟動(dòng)失靈[4]，而不是跳出口斷路器，所以按照失靈保護(hù)的邏輯，在母線接地保護(hù)64B動(dòng)作時(shí)同時(shí)也啟動(dòng)了失靈保護(hù)，并且由于是自動(dòng)停機(jī)，發(fā)電機(jī)在停機(jī)前仍然帶著負(fù)荷，這樣就滿足了失靈保護(hù)的動(dòng)作條件：保護(hù)啟動(dòng)且電流>0.1 A，經(jīng)過0.3 min后失靈保護(hù)將動(dòng)作重跳出口斷路器并點(diǎn)亮紅燈，斷路器跳開后失靈保護(hù)返回，失靈保護(hù)的黃燈是用來監(jiān)視保護(hù)啟動(dòng)信號(hào)超時(shí)的，在沒有電流的情況下如果保護(hù)啟動(dòng)信號(hào)持續(xù)超過5 min(定值)將復(fù)歸該啟動(dòng)信號(hào)并點(diǎn)亮黃燈，失靈保護(hù)將被閉鎖，這樣的設(shè)計(jì)為防止在并網(wǎng)前如果有失靈保護(hù)啟動(dòng)開入量一直在動(dòng)作(如誤啟動(dòng)，開入量故障等情況)，而并網(wǎng)后加上電流條件會(huì)引起失靈保護(hù)動(dòng)作。報(bào)警信息中的失靈保護(hù)屬于正確動(dòng)作，下文不再做原因分析說明。

3 原因分析及整改措施

3.1 原因分析

1) 接地保護(hù)原理及定值[5]

飛來峽電廠發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)為定子接地零序功率方向保護(hù)[6]，采用零序電壓和零序電流作為判斷依據(jù)。零序電壓作為動(dòng)作量，而用零序電流與零序電壓間的相位角來判斷接地點(diǎn)的范圍。無論在系統(tǒng)那一點(diǎn)發(fā)生接地故障時(shí)，都將有電流流過發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)配電變壓器同時(shí)出現(xiàn)電壓降，從而該電壓降在變壓器二次電路的電阻中產(chǎn)生一個(gè)電流，這個(gè)電流經(jīng)過一個(gè)中間CT， 另外在發(fā)電機(jī)出口零序CT的二次繞組產(chǎn)生一電流量，通過方向組件比較這兩個(gè)電流量的方向來判斷故障范圍，如果兩個(gè)電流方向相同則保護(hù)發(fā)生在保護(hù)范圍外，如果兩個(gè)電流方向相反則故障發(fā)生在保護(hù)范圍內(nèi)。

飛來峽電廠為擴(kuò)大單元式機(jī)組，為確保發(fā)電機(jī)區(qū)內(nèi)和區(qū)外接地時(shí)具有選擇性[7]，定子接地保護(hù)采用的是方向接地保護(hù)功能64G[8]，該功能使用中性點(diǎn)零序電壓作為動(dòng)作判據(jù)，中性點(diǎn)及機(jī)端零序電流與中性點(diǎn)零序電壓的角度作為方向判據(jù)來區(qū)分區(qū)內(nèi)還是區(qū)外接地(如圖2所示)，另外對(duì)區(qū)外接地還考慮了在主變低壓母線接地時(shí)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)設(shè)備的承受能力，特設(shè)置了一個(gè)無方向的母線接地保護(hù)64B[9]，在達(dá)到較長的延時(shí)后跳開兩臺(tái)機(jī)組出口斷路器以保護(hù)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)設(shè)備，而不是在主變低壓母線(發(fā)電機(jī)區(qū)外)接地時(shí)只報(bào)警進(jìn)而對(duì)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)設(shè)備造成損傷，在主變單獨(dú)運(yùn)行不帶發(fā)電機(jī)時(shí)可以允許低壓側(cè)接地后報(bào)警而不跳閘等待運(yùn)行人員處理。

圖2 機(jī)組方向接地CT接線示意[10]

保護(hù)定值：90%定子接地按保護(hù)區(qū)90%，零序電壓動(dòng)作值為10 V，延時(shí)為0.3 s，動(dòng)作區(qū)slope角度為60°，方向?yàn)?，動(dòng)作角度是判斷I0超前U0的角度，動(dòng)作范圍是slope+90°～slope-90°，即150°～-30°。

2) 根據(jù)220 kV 1#主變低壓側(cè)母線接地?zé)o方向的接地保護(hù)64B正確動(dòng)作、1#機(jī)組定子接地保護(hù)誤報(bào)警、2#機(jī)組定子接地保護(hù)(64G)誤動(dòng)作跳閘，而定子保護(hù)區(qū)內(nèi)無故障現(xiàn)象、定子絕緣試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格，推測1#機(jī)組定子接地保護(hù)誤報(bào)警和2#機(jī)組定子接地保護(hù)(64G)誤動(dòng)作跳閘的原因?yàn)槎ㄗ颖Ｗo(hù)參數(shù)設(shè)置問題，與廠家溝通后決定對(duì)飛來峽4臺(tái)機(jī)組定子接地保護(hù)進(jìn)行定子單相接地模擬試驗(yàn)[10]。由模擬試驗(yàn)示意(見圖3)和試驗(yàn)記錄(見表1)可見：當(dāng)前定值可以區(qū)分區(qū)內(nèi)和區(qū)外接地故障，但1#機(jī)組和其他3臺(tái)機(jī)的模擬試驗(yàn)時(shí)的角度顯示不同，1#機(jī)組區(qū)外單相接地電壓為10%額定電壓時(shí)φI0_U0為-69°，其他3臺(tái)機(jī)則為-126°，該角度會(huì)在額定電壓時(shí)增大，例如1號(hào)區(qū)外接地時(shí)角度會(huì)達(dá)到-95°，其他3臺(tái)機(jī)大約會(huì)增大至超過-150°。

#機(jī)區(qū)內(nèi)外單相接地模擬試驗(yàn)：10%-100UN 2#～4#機(jī)區(qū)內(nèi)外接地示意

表1 1#～4#機(jī)組單相接地模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3) 1#機(jī)組、2#機(jī)組定子接地保護(hù)在母線接地后的動(dòng)作分析

由于1#機(jī)組定子接地保護(hù)在同樣保護(hù)參數(shù)設(shè)置和同樣模擬電壓下進(jìn)入定子保護(hù)動(dòng)作區(qū)的slope角度絕對(duì)值較其他3臺(tái)機(jī)組要小(電壓為10%額定電壓時(shí)φI0_U0為-69°，其他3臺(tái)機(jī)則為-126°)，首先調(diào)出了1#機(jī)組在主變低壓側(cè)母線接地保護(hù)動(dòng)作后的錄波記錄(見圖4)。由圖4可見，間歇性弧光接地時(shí)的零序電流已經(jīng)不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，含有大量高次諧波及直流分量，在零序電流突然增大的地方各次諧波分量值見表2所示。在這個(gè)時(shí)候計(jì)算的角度已經(jīng)進(jìn)入動(dòng)作區(qū)(顯示的角度已經(jīng)達(dá)-250°)，如果持續(xù)時(shí)間超過定子接地保護(hù)延時(shí)，定子接地保護(hù)就會(huì)動(dòng)作跳閘，1#機(jī)組的情況是該突變波形只持續(xù)幾十毫秒，定子接地保護(hù)只發(fā)出報(bào)警信號(hào)(alarm瞬時(shí)啟動(dòng)并點(diǎn)亮黃燈)，最終經(jīng)10 min后由母線接地保護(hù)64B跳閘[11-12]。

圖4 1#機(jī)組母線接地保護(hù)動(dòng)作后錄波示意

表2 諧波分量值

而2#機(jī)組的故障錄波基本和1#機(jī)組波形相近，只是2#機(jī)組在模擬區(qū)外接地時(shí)的I0超前U0角度要比1#機(jī)組大(由表1可知2#機(jī)組為-126°，1#機(jī)組為-69°)，所以更容易提前進(jìn)入動(dòng)作區(qū)而最終由定子接地保護(hù)64G跳閘(重復(fù)發(fā)出了跳2#機(jī)組出口502開關(guān)的命令)。

3.2 定子接地保護(hù)整改措施[13]

根據(jù)模擬試驗(yàn)結(jié)果中4臺(tái)機(jī)實(shí)際的角度及區(qū)外接地時(shí)角度的變化方向和范圍，建議4臺(tái)機(jī)定子接地保護(hù)保護(hù)的slope定值整定為不同值，即1#機(jī)組的slope由原來的60°改為30°,2#～4#機(jī)的slope由原來的60°改為0°，這樣可以更好的避免區(qū)外接地時(shí)的零序電流和電壓的角度進(jìn)入動(dòng)作區(qū)(如圖5所示)。

圖5 1#～4#機(jī)組不同slope定值動(dòng)作區(qū)示意

4 結(jié)語

飛來峽電廠2018年1月完成4臺(tái)機(jī)組保護(hù)裝置改造項(xiàng)目，改造后采用的是安德里茨公司的compact2A保護(hù)裝置，投運(yùn)以來，裝置硬件運(yùn)行穩(wěn)定；2019年4月13日在雷雨大風(fēng)天氣下，1#主變低壓側(cè)母線發(fā)生弧光接地故障，暴露出定子保護(hù)slope定值問題；于同年11月，經(jīng)過與廠家、設(shè)計(jì)單位商榷和廣東省集中調(diào)度中心繼電保護(hù)部的批準(zhǔn)，將1#機(jī)組的slope由原來的60°改為30°而2#～4#機(jī)的slope由原來的60°改為0°，實(shí)驗(yàn)測試后運(yùn)行至今，未出現(xiàn)過定子保護(hù)誤報(bào)警、誤動(dòng)等異常現(xiàn)象。而在改造之前4臺(tái)機(jī)組slope定值均為30°且未出現(xiàn)過定子接地誤報(bào)警誤動(dòng)作現(xiàn)象(2015年04月29日，2#機(jī)組出口電纜C相金屬性接地[1]，也屬于1#主變低壓側(cè)母線接地故障，其并未導(dǎo)致1#機(jī)組和2#機(jī)組定子保護(hù)報(bào)警和動(dòng)作信息)，是什么原因?qū)е聶C(jī)組保護(hù)裝置改造后需要將1#機(jī)組的slope由原來的60°改為30°而2#～4#機(jī)的slope由原來的60°改為0°是一個(gè)值得研討的課題。