摘要：差动保护作为发电机、变压器等高压设备的主保护，可迅速、准确的将故障设备从电力系统中切除，防止事故扩大，保障系统的安全、稳定运行，一旦差动保护装置动作，需要迅速、准确的查明事故原因，排除故障，但引起差动保护动作的原因很多，需要逐一排查，本文总结了一起差动保护动作事故的排查方法和过程，分析了数字式差动保护装置的工作原理。
关键词：纵联差动保护；比例制动；断线闭锁；开路；二次电流；二次回路
一、概述
蚌埠闸水电站是蚌埠闸水利枢纽工程的一部分，位于在淮河干流的中游，蚌埠市西郊，首台机组于1986年并网发电，原总装机容量为6*800KW，后淮河流域经过多年综合治理，洪水控制能力提高，电站上游控制水位增加了0.5m，水流量稳定，因此，从2010年至2015年水电站先后对六台发电机进行了增容改造，更换了定子及转子绕组，其中定子绕组绝缘由原B级提升为F级，绕组主绝缘为环氧云母粉浇筑，增容后现在总装机容量为6*1250KW。
发电机型号为SF1250-48/3250，125r/min，原设计水头4.1m，发电机出口电压为6.3KV。采用单母线分段加联络开关的接线方式。六台机组的二次保护控制系统相同，均为长沙华能自控公司的电站综合微机自动化保护控制系统，发电机主保护为比例制动纵联差动保护，后备保护有过流保护、过电压保护、失磁保护及过负荷保护。
发电机一次系统图如下：
图1 发电机一次系统图
二、事故的发生及排查处理
2018年12月14日4#机组在经过连续十天停机状态后重新开机，并网之前操作过程一切正常，并网加负荷后差动保护动作，机组事故停机，保护系统未发其它事故及故障信号，其它机组及设备运行正常，对4#发电机组保护装置及相关一次设备的初步检查也未发现异常。随后技术人员对4#发电机差动保护区间内的定子绕组、高压电缆、励磁变压器、电流互感器1TA和6TA分别进行了绝缘检查、直流耐压试验、交流耐压试验，并测量了定子绕组的三相直流电阻，结果都正常。检查1TA和6TA的二次绕组直流电阻和变比试验也正常。经分析可能为差动保护装置误动作，为验证差动保护装置的状况，将正在正常运行的5#机组停机，将5#机组的差动保护装置与4#机组的差动保护装置对调，重新启动5#机组并网，并将负荷逐步恢复到之前的状态，经一段时间观察，运行正常，再将4#机组启动建压，均正常，但并网增加负荷后差动保护立即动作跳闸，现象与之前相同，由此可排除差动保护装置内部故障的可能，经仔细分析，事故动作原因可能与差动保护电流回路有关，可能有开路情况，再检查差动保护装置的设置，发现其TA断线闭锁功能设置为启动跳闸，所以，如果二次电流回路开路，差动保护装置也会启动跳闸。一次回路比较直观，通过之前的检查试验即可排查一次回路开路的可能。故技术人员将检查的重点放在了差动电流二次回路，二次保护的电流回路是一个串联回路，回路中任何一点开路都可表现为整个回路的开路，必须对电流回路逐段检查，才能发现故障点。技术人员根据安装施工图，从4#机组保护屏后的接线端子开始沿二次电缆逐段检查各连接点连接情况，发现4#发电机出口开关柜二次端子排2号端子V411引出线的绝缘层插入了端子接线孔内约3mm，此端子的接线孔内有一片压线板，压线板压在了绝缘层上，导线的铜芯与端子没有受力压紧，只是自由搭接，经过几年的运行后，发生了松动开路，可能引起差动保护装置动作，将该引出线按规范重新连接后，再次开机并网，增加负荷至额定值，运行状况正常。
三、事故的理论分析：
本站发电机一次系统接线如图1所示，差动保护区间从发电机出口开关柜内的1TA至发电机中性点侧的6TA，差动保护装置的型号为DMP320B5F，具有防止区外事故误动作的比例制动特性及TA断线时选择闭锁差动或只报警的功能。保护原理：按比较机端侧1TA与中性点侧6TA二次同名相电流的大小及相位构成，各侧电流的方向都以指向发电机为正方向，通过设置保护投退菜单可选择差动保护的投退。保护装置的工作可按照以下三种情况分析：
（1）正常运行时，如图2（1），一次电流I1与I6及二次电流i1与i6的电流数值和方向均相同，流进保护装置的电流为两侧二次电流差，若两边电流互感器的特性完全相同，则 ic=i1-i6= 0，保护装置不会动，二次电流只在1TA与6TA的二次绕组之间流动。
（2）、在保护区间外短路时，如图2（2）所示的D1点发生短路，情况和正常运行时相似，即 ic=i1-i6，当1TA与6TA的特性完全相同时，ic=0。但实际上1TA与6TA的特性不会完全相同，存在误差，而且短路电流越大，误差越大，因此，ic=i1-i6≠0，会有不平衡电流ibp电流流过差动装置，通过调整差动装置的动作电流id，使id＞ibp，即可使保护装置避免误动作。
（3）、当保护范围内短路时，如图2（3）中的D2 点短路时，一次侧电流I1及二次侧电流i1的方向均与前两种情况相反，则流进保护装置的电流为两侧电流互感器的二次电流之和，即ic=i1+i6，这时ic＞ id，差动装置动作。
四、比率差动保护
当保护区间外部短路时，短路电流会导致电流互感器误差增大，为了防止由此产生的不平衡电流引起保护装置误动作，可采用比率差动原理。本站的差动保护装置采用机端电流If作为制动电流，而不采用中性点侧电流或两侧电流的综和电流作为制动电流，这样既能在外部短路时取得足够的制动电流，又能在内部短路时减少中性点电流的制动作用，特别是发电机在并网之前发生内部短路时，机端三相没有电流，中性点侧电流只作为动作电流，因此提高了内部短路的灵敏度。
If：机端电流，Icd：差动电流，Igd：制动拐点电流
Icdqd：差动保护门坎整定值，K：比率差动制动系数
该保护装置采用分相式，即A、B、C任一相保护动作均启动出口，以下分析以一相为例。
当满足以下条件时比率差动保护动作
五、TA断线闭锁功能
为防止因TA断线引起比率差动保护误动，该保护装置设置了TA断线闭锁功能。正常运行时，发电机机端1TA或中性点侧6TA均无负序电流，无论是机端侧还是中性点侧出现TA断线，只要不是三相断线，均会产生负序电流，故可用负序电流作为TA断线的判据。当单侧负序电流大于0.1A时，则认为TA断线，并闭锁比率差动保护。由于TA断线闭锁功能是比率差动保护的辅助功能，必须是比率差动保护投入，该功能才起作用。
结束语
电流互感器二次回路开路时会产生瞬间高电压，危及设备及人身安全，像本站此次电流回路不稳定性开路，平时运行状态正常，很难发现，故将TA断线闭锁功能设置为启动跳闸也可及时发现此类，排除隐患。
参考文献：
[1]李昆.DMP320B5F发电机差动保护说明书，2006-2
[2]王宝.发电机组差动保护，2018-6-29
论文作者:谢万军
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/5
标签：电流论文; 差动论文; 保护装置论文; 发电机论文; 回路论文; 断线论文; 机组论文; 《电力设备》2019年第2期论文;