（国家电投集团江西水电检修安装工程有限公司抚州分公司）
摘要：根据一起某水力发电厂发电机差动保护误动的故障录波数据及现场电气一次设备运行状态进行分析，找出差动保护误动的原因，验证了空投变压器产生的励磁涌流及和应涌流对发电机差动保护的影响，并提出相应的防范措施。
关键词：继电保护装置；误动作；防范措施
1引言
随着经济的发展和工业化进程的不断深入，现代化的生产和生活方式对电能的需求量日益增加，对发电企业供电规模的发展和供电稳定性都提出了较高的要求。在正常运行的发配电系统中通常配置具有较高灵敏度的差动保护等继电保护装置作为其主要保护措施，确保在变压器及发电机发生短路故障时能够快速反应来保证变压器、发电机及整个电网的运行安全。某水电厂的总装机容量为2×8MW，升压站采用10KV电压等级双母、110KV电压等级单母接线模式，利用利用两台110KV三相变压器进行升压后与110kV的电网进行连接。此词误动的发电机组的继电保护装置采用的长沙华能自控有限公司的DMP300B型微机式发电机组保护装置，自投产以来没有出现过一次发电机本体发生故障的现象，只是在对变压器进行空载充电的过程中出现过发电机差动保护误动的问题，需要从变压器及发电机的差动保护的原理出发，分析误动作出现的原因，并寻找相应的改进防范措施。
2继电保护装置概述
此水电站的发电机保护的主保护为差动保护，差动保护的原理为比率制动式原理，其动作曲线为非线性且与电流相适应，比较好地适用于对较大穿越性故障电流以及过电压引起的励磁电流增大等情况进行保护。此差动保护在系统正常运行时采用基本动作曲线，而在出现电流较大的穿越性故障并引起CT饱和时，其动作特性曲线采用斜率大的倾斜段，具有较高的稳定性和可靠性。在变压器出现过电压时，采用二次谐波制动原理对较大的励磁涌流进行鉴别，并将最小动作电流适当抬高来防止出现误动作的问题。采用二次谐波制动原理来对励磁涌流进行鉴别的原理为：二次谐波制动系统会提前设置制动系数整定值和制动时间整定值，当系统检测到的二次谐波电流与基波电流的比值达到制动系数整定值时，发电机的差动保护会存在相应整定值制动时间的闭锁，如果制动时间过后的差流还满足差动保护的动作特性才进行差动保护动作。
3继电保护装置误动原因分析
3.1差动保护误动作及其原因判定
此水电站在某次对其中一台主变进行预防性试验检修之后对变压器进行并网运行试验，此时一台发电机处于正常并网运行状态，在高压侧对主变压器进行空投时，此发电机的保护装置发出差动保护动作，导致出现发电机停机。检修人员对继电保护装置误动问题原因进行查找的步骤如下：首先对发电机的保护装置的差动动作电流进行检查，发现其电流大小符合差动保护动作特性，且差动保护动作逻辑正确；其次检修人员对变压器及发电机本体进行初步检查，但是并没有发现异常情况；再次，检修人员对差动保护动作时的数据进行分析，发现其动作时间是在合闸后的5s，与励磁涌流的闭锁时间一致，所以将此次差动保护动作原因初步判定为由励磁涌流及和应涌流引起的。然后经过对故障录波数据的分析可知，主变压器高压侧具有明显的二次谐波和间断角，且三相谐波的含量都超过50%，间断角都超过90°，在合闸5s之后其中一相的二次谐波含量超过80%，间断角超过150°，所以可以确定本次差动保护的原因是由由励磁涌流引起的。
通过全面分析目前报道的和应涌流导致变压器或发变组差动保护误动的实例，变压器产生和应涌流的模式可以归纳为四种：第一种是同一变电站或电厂升压站中一台变压器空载合闸时，与之并联的另一台已运行的变压器可能会产生和应涌流；第二种是合闸变压器与运行变压器分别在两个变电站或电厂，它们之间通过输电线路相连，当末端变压器空载合闸时，可能引起上一级变压器产生和应涌流；第三种是发电厂中发电机与变压器通过单元接线接入系统，当一台主变反充空投时，引起另一组发变组中的主变产生和应涌流；第四种是大型发电厂中空投厂用变压器时，引起辅助变压器产生和应涌流。目前的研究中，将和应涌流分为并联和应涌流与级联和应涌流，一般认为空载合闸变压器的励磁涌流大部分穿越产生和应涌流的运行变压器的情况称为级联和应涌流，此时两台变压器相对于电源为级联运行，反之，励磁涌流不穿越运行变压器的情况称为并联和应涌流。因此，上述第一种模式可称为并联和应涌流，后三种模式则可称为级联和应涌流。
3.2差动保护误动数据分析
在对变压器进行并网运行试验时，对变压器进行空载合闸之后到差动保护动作之前其主变高压侧的电流波形如图3.1所示。
从图3.1中可以看出电流偏于时间轴的一侧，并含有大量的非周期分量，具有明显的励磁涌流特征，其励磁涌流衰减时间在5s之后仍然存在。然后对标积制动原理的变压器差动保护动作电流和制动电流进行计算，得出在以上过程中，差动电流在20ms之内就已经超出差动保护的整定值，在经过二次谐波制动的整定时间5s之后差动电流仍然大于差动保护动作整定电流值，所以会发生差动保护动作。
之后对整个励磁涌流发生过程内主变高压侧电流中的二次谐波含量进行分析，并对三相谐波制动比进行计算可知，在整个过程中三相电流的二次谐波含量一直大于整定值10%，且在跳闸前的最后一个周波时刻内其含量达到最高值81.5%，且此时的差动电流值也远远超出0.3的整定值。
4改进措施及分析
根据对此水电站的此次差动保护误动的原因和数据进行分析可知，由于此变压器的容量较大，并具有较大的励磁涌流衰减时间，所以发电机保护在达到二次谐波制动整定值后并闭锁5s的制动整定时间后仍然发生差动保护误动的现象。此外，由于此发电机自投运以来从没发生过本体故障，所以可以将此变压器二次谐波制动时间整定值动作时间稍微加长一些，来确保在变压器磁通饱和后出现励磁涌流时，能够保证其在保护整定动作时间内充分衰减来避免发电机出现差动保护误动的问题。除此之外，由于本水电站结合技术改造对发电机保护装置进行了整体换型，采用二次谐波单相制动原理，当三相二次谐波中有一相达到谐波制动整定值就会进行差动保护闭锁。而对于此变压器来说，其容量较大，在正常运行时三相二次谐波中就会存在一相含量超过15%，且本水电站的出线采用的是串联电容补偿的方式，一旦变压器内部出现故障就会产生较大的二次谐波含量，容易导致差动保护误动的发生，所以将二次谐波制动比相应提高，可以将此数值提高至15%，以避免变压器内部出现故障时造成差动保护误动。
5结语
以某水电站某次变压器运行试验为例，在其空载合闸后后出现发电机差动保护误动的现象，对此水电站的继电保护装置配置情况及对可以引起差动保护动作的原理进行分析，在对此次差动保护动作的录波数据进行分析和计算之后得出，找出此次差动保护动作的原因是由于励磁涌流及和应涌流原因导致的，并提出变压器二次谐波制动时间整定值适当调大，并将二次谐波制动比相应提高的防范措施，确保变压器的安全稳定运行。
参考文献：
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[2] 周晓东.火力发电厂中继电保护装置的故障分析与对策研究[J].电子技术与软件工程，2015（17）：238-238.
论文作者:杜玉杰,江洪
论文发表刊物:《电力设备》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/10
标签：变压器论文; 谐波论文; 差动论文; 发电机论文; 电流论文; 动作论文; 保护装置论文; 《电力设备》2017年第36期论文;