水力发电厂继电保护的运行及分析

【摘　要】本文结合实际水利枢纽工程继电保护的检测维修，浅析水利发电厂继电保护的运行及分析。

【关键词】水力发电厂；继电保护；运行分析

1.基本概况

某水利枢纽工程是一个低水头大流量水力发电站，该电厂总的装机容量是3×15MW，都是卧轴灯泡贯流式发电机组，在厂用变、主变压器、发电机组、2回线路等都配备有继电保护装置。6.3KV系统使用的是单母线分段接线的方式，也就是在#1机组采用的是6.3KVⅠ段的母线，#2机采用的是6.3KVⅡ段的母线。在实际的运行过程中，且#1机组、#1主变、#2机组、#2主变一起运行的时候，601QF、301QF、6031QS、602QF、302QF、6042QS隔离小车位于合位，在3001QS的母联隔离开关则设置在分位；1#机组、#2机组分别经宜坪Ⅰ303线路、宜坪Ⅱ304线路送古宜变与当地市电网并网运行，生产用电由606QF、605QF送#2、#1厂变提供；依据该县城所被管辖的直辖市的供电局规定的继电保护定值来确定两回出线保护的定值。

该水力发电厂的继电保护装置是由葛洲坝电厂能达公司及华中理工大学合作研发的发电机变压器构成套保护装置。这套继电保护装置是通过几个独立系统所构成，包括有出口层、功能子系统及管理机系统。而在电气结构上面，几个独立系统间是相对独立的，系统间必要联接的地方通过光电进行隔离。装置硬件使用的是V40系统Ⅱ工业控制系统及STD标准总线，这个系统具有较高的可靠性及较宽的适应范围，配备有优良的人机界面，在硬件升级方面也非常便利。整个保护装置配备模块化保护软件，设计灵活、合理，能适应不同容量的变压器组、发电机的保护需求，还能单独适应厂用变压器、发电机、励磁变压器、变压器的保护要求。

2.故障分析

“1#主变压器差动”先后发生了6次保护跳闸，经检测发现这6次保护跳闸都是属于“合”位断路器事故跳闸。当主变压器是处于空载运行的时候，发出了“1#主变压器差动元件故障”的信号，这一信号直接导致继电器发生了掉牌的事故，将保护装置重新复归之后，主变压器能够正常运转，因此判断这个故障是属于保护装置的误动作。

2.1主变压器差动保护原理

该厂保护装置采用的单项式，这种设备的原理是利用差电流原理，晶体管元件是检测回路的主要构件。把被保护的装置每侧电流互感器的二次电流引进保护装置里面，当主变压器的内部构件发生故障的时候，被引进装置的电流及流出装置的电流出现差值的时候，差电流的保护动作也就出现了，发出保护动作信号，发电机跳闸。

2.2故障检测及分析

2.2.1检测电流互感器的二次回路绝缘、接线方法及二次回路接线的极性

检测的时候第一步是检测二次回路绝缘，然而经过检测之后并没有发现异常的现象，主变压器每侧的在“合”位的时候，其被引入的电流和流出装置的电流值之间相位差也正常。

2.2.2检测差动回路接地点

当检测差动回路接地点的时候，发现在Y型接线的每个电流互感器两侧，1#主变压器只是一点接地，而存在多点接地情况的是差动回路。

2.3差动设备校验

2.3.1保护定值检查

A、B、C三相差流值的范围是在0.39-0.88A的时候，保护装置就会发出“差动元件故障”的信号；而假如A、B、C三相差流值到达1.5的时候，就会保护出口；而如果定值及动作值这二者是相等的话，保护装置所发出的“差动元件故障”的信号就会认定为是误信号。

2.3.2装置特性检测

2.3.3检测差流

当整个设备处于正常运转的状态之时，1.05A、0.98A分别是差动装置两侧的电流，而这两侧线路的差流值大概是在0.05A-0.06A这个电流幅度上，然而经检测发现差动装置整定插头的位置5.0（2LH）与3.5（1LH）不能满足N1/N2=I1/I2的关系。

2.3.4检测谐波制动系数

设施二次谐波制动系数为12.13%，检测前两年的检测记录，其制动系数分别为18.5%及17.6%，表明谐波制动回路里面有些构件的特性已经有偏差的出现偏差。

2.4 10KVⅠ段母线检测

通过检验，发现10KVⅠ段母线数属于绝缘电阻，而且通过42KV交流耐压的测试以后也并无不正常的现象出现。

2.5分析差动保护误动作的因由

2.5.1差动装置的调试并没有完善

即使1.5A是差动装置的规定整定值，但是因为1.5A这个要求差动装置的整定插头的位置并不可以适应，因此发生整定值出现波动不稳定的故障。去除区外故障又或者是在变压器空投的时候，会有较大的励磁涌流和不平衡电流出现，因为装置的问题不能平衡2LH与1LH之间的电流，同时添上机组运行状况良好的时候所出现的0.06A的差流值，也就让流出装置电流与引入装置的电流之间的差额值已经达到了1.5A，装置不能辨别区外故障与区内故障，这就致使保护装置出口，这就是导致保护装置发出误动作信号的最重要的因由。

2.5.2在主变压器高压侧的两个电流互感器无相匹配

在主变压器高压侧中1926及1150这两个断路器所使用的电流互感器的型号，又或者是所采用的伏安特性的型号都并不一样，因此假如在外部出现短路故障之时，1926这一侧上所使用的LRD-110型电流互感器就非常轻易就出现饱和的状态，最终致使保护装置发出误动作信号。

2.5.3差动回路有几个点接地的现象。

3.解决对策

（1）在实际运行的时候要注意电流互感器是否相匹配的问题，如果发现电流互感器要不相匹配的时候，要及时处理好。

（2）由于差动回路有几点接地的现象而致使出现分流，又或者是在差动保护电流互感器的接地附近开展电焊作业的时候出现装置的拒动、误动。为了防止这种故障的发生，在电流互感器的二次回路变更为控制室一点接地的方法。

（3）根据设备在正常运转之时的的差流的关系为N1/N2=I1/I2，调整1LH插头位置到5.0，再次测试保护装置。

经过上面两个方法处理之后，当设备的实际运转的方式出现变动的时候（如1#主变压器是处于空载运转之时），差动保护动作信号就会被发出。出现这个故障之后，再次进行了整套的检测工作。检测到当变压器的高压侧电流互感器极性的时候，1925与1150这两个电流互感器之间出现240度的相位差，这跟检验的实际数据与运行方式作比较的话，就会有一个达到60度的相位偏差值，剩余的检查项目都没有异常状况发现。这就说明高压侧互感器Y/转换有异常。为此，要寻找一种解决矛盾的方法，使得电流互感器既有足够的反馈深度，而又不产生差动保护动作，这就需要采用相位补偿技术。

经过研究得知，因为二次电流的相位并不一样，当设备处于正常运转，又或者是当设备外部出现故障之时，保护装置中同样会被引入一个差流值，从而导致保护装置发出误动作的信号。通过几次的试验，为了使1150和1925电流互感器的各个相位差满足规定的范围，采用滞后补偿及超前补偿相结合的方法，再次调整了高压侧互感器Y/转换。

4.结语

（1）经过检测，发现1#主变压器差动保护出现误动作的因由，并经过处理之后，运行的安全性及可靠性明显增强，为机组的安全运行提供了有力的保障。

（2）二次谐波制动系数为12.13%，与规定的谐波制动系数相比较，偏小14%-19%，谐波制动系数偏小有利变压器，但是假如变压器的内部发生故障的时候，就有较大的可能性致使变压器主元件的动作推迟数毫秒。

【参考文献】

［１］周勇．变压器故障分析[J]．山东电力技术，2009．

［２］王雷．变压器差动保护误动问题分析[J]．科学教研，2010.