一起发电机联络线非事故跳闸的分析

广东韶钢松山股份有限公司 陶瑞基 成 霞

1 背景情况

韶钢6#TRT 发电机组为6.3kV 单母线接线形式。有一回联络线与上级开关站相连，机组侧为2QF 开关，一电站侧为611开关。联络线保护装置为SEL-587，该保护带差动保护功能，装置设置在6#TRT 机组侧的线路保护屏上。如发生联络线差动保护，线路保护装置SEL-587发出跳闸指令，联跳6#TRT 机组侧的2QF 开关、一电站侧的611开关。

图1 6#TRT 发电机组主接线图

联络线差动保护电流回路采用了二次硬接线形式，6#TRT 发电机组与一电站高压室开关柜距离约400米，二次控制电缆规格为6×2.5mm2（使用4芯，备用2芯），用作将一电站侧开关柜的电流互感器二次侧电流接入到6#TRT 发电机组侧的联络线SEL-587保护装置。一电站侧开关柜为2014年改造更换、为ABB 的ZS1型开关柜，6#TRT 机组侧为2008年建设、为上海骏晗电气有限公司KYN28A 型开关柜。两侧开关柜电流互感器变比均为1000/5A，准确等级均为0.5/10P15、容量均为15/15VA，电流互感器的型号、变比均相同，但由不同的厂家供货安装。

6#TRT 发电机电压等级为6kV，其保护装置为SEL-300G，差动保护电流回路采用了二次硬接线形式，差动保护用的两组电流互感器距离约80米，电缆规格为6×2.5mm2控制电缆（使用4芯，备用2芯）。两侧电流互感器变比均为1000/5A，准确等级均为0.5/10P15/10P15，容量均为15/15/15VA，电流互感器的型号、参数均相同，且由同一厂家供货安装。

某日6#TRT 发电机因雷雨雨水进入发电机出口侧端盖内，造成6#TRT 发电机跳停。经现场检查发现其并网开关柜的微机保护SEL-300G 装置报差动保护动作，ABC 三相差动保护信号灯亮，6#TRT 发电机并网开关柜1QF 保护跳闸。检查发现发电机定子三相对地绝缘值为零。将发电机端盖打开后，发现发电机定子出线铜母排有拉弧痕迹，母排室下部有少量积水，A 相母排与机壳之间绝缘板有碳化现象。6#TRT 发电机组的联络线SEL-587保护装置报差动保护动作，ABC 三相差动保护信号灯亮，联跳了6#TRT 机组侧的2QF 开关、一电站侧的611开关。

6#TRT 发电机组联络线、6#TRT 发电机本体均设置了差动保护功能，此次短路故障点在发电机的出口铜排处，发电机本体SEL-300G 保护装置三相差动保护动作，并网开关1QF 跳闸动作是准确无误的。短路点不在联络线上，但为何联络上的差动保护装置SEL-587却动作了，开关也跳闸了，这是什么原因造成的？保护动作准确与否？应不应该动作？

2 差动保护动作情况分析

发电机差动保护的分析。经现场排查分析此次故障为：6#TRT 发电机暴雨期间雨水飘淋到发电机轴端，被负压作用从发电机轴隙吸入到固定母排的绝缘板处，导致母排绝缘降低，爬电引起A 相接地，25秒后三相弧光短路，从发电机本体SEL-300G 保护装置查看短路电流达11000A，差动保护动作，并网开关1QF 跳闸。短路电流导致上一级的变电站6kV 母线瞬间低电压。现场看到确实存在短路故障点。发电机差动保护的结论：发电机差动保护动作、1QF 开关跳闸是准确无误的。

联络线差动保护的分析。从联络线的SEL-587保护装置上查看故障录波曲线，可明显看出发电机组侧保护W1绕组的电流（二次值约100A）远大于一电站侧保护W2绕组的电流（二次值约50A），达到了差动保护动作电流值（二次值为27.52A），从保护原理、保护动作条件来看，联络线的差动保护动作，发电机组侧2QF 开关、一电站侧611开关均保护跳闸也是准确无误的。联络线差动保护的结论：符合实际情况。

联络线差动保护动作合理性分析。如从差动保护的保护范围、保护原理来分析，故障点发生在发电机出口而不是在联络线保护范围内。联络线差动保护动作的结论：合情但不合理，这种情况属于保护误动作，造成了保护及开关越级跳闸了，将短路事故引起的停电范围扩大了。

3 联络线差动保护动作原因分析

当发生短路时发电机提供短路电流，电网也通过联络线611提供短路电流。因此联络线的两侧电流互感器均能采样到短路电流，均将各侧的电流互感器二次侧电流输入到联络线SEL-587差动保护装置中。从短路时采样到的两侧电流互感器的二次侧电流可知，发电机组侧的电流互感器W1绕组电流远大于一电站侧的电流互感器W2绕组电流。从背景内容可知：联络线长约400米，差动保护用的控制电缆规格为6×2.5mm2控制电缆。

电流互感器磁饱和的主要原因：电流过大、频率过低、二次负荷阻抗过大。继电保护装置动作的正确性在很大程度上取决于电流互感器电流转变的准确性。电流互感器在电力设备或线路发生故障时，如电流较大或是其二次阻抗超标易引起磁路饱和，降低电流传变的准确度，影响继电保护装置的正确动作。联络线差动保护动作原因可能有如下两点：

3.1 控制电缆过长，线径偏小

一电站对侧电流经二次电缆接到6#TRT 发电机组侧，距离较远阻抗大，说明二次负荷阻抗过大。在正常负荷运行时，一电站侧流经二次电缆的电流变化慢，电流能正常输送到6#TRT 发电机组侧的联络线SEL-587装置不存在差流。但在短路的情况下，运行是由正常突然转变到不正常，电流发生了突变，一电站侧由于线路长存在阻抗，电流在突变时被抑制，输送到差动保护装置的电流比正常运行时速度变缓且变小了。6#TRT 发电机组侧的电流互感器二次电缆短、阻抗小，电流基本上不受影响。因此，差动保护装置因两侧输入的同一时刻的电流相差大，差动保护装置判断为差流，达到保护设定值后发出差动保护跳闸指令。

3.2 两侧的电流互感器存在特性不一致的可能

因两侧开关的电流互感器是不同厂家、不同批次的产品，虽然电流变比一致，但存在特性差别大的可能，比如说磁饱和特性不一致、反应速度不一致、变比存在误差等，均会造成输入差动保护装置的电流变化率、电流大小不一致，最终造成差流，达到保护设定值后发出差动保护跳闸指令。

3.3 7#TRT 发电机组联线路差动保护概况

韶钢7#TRT 发电机组联络线差动保护是国产的保护装置NAS-915A，差动保护装置在7#TRT 进线柜开关柜侧，后备保护装置是SEL-551。7#TRT联络线长约400米，差动保护用的电流二次接线电缆规格为6×2.5mm2控制电缆。7#TRT 存在发电机一并网就造成联络线差动保护跳闸的情况，因此在每次7#TRT 发电机并网时先退出联络线路的差动保护压板，并网成功后再投入联络线路的差动保护压板。原因与6#TRT 联络线路跳闸相似，也是电流互感器的特性及电流互感器的二次阻抗大造成的。

3.4 8#TRT 发电机组联线路差动保护概况

8#TRT 联络线采用的差动保护装置也是SEL-587装置、长约100米，而6#TRT、7#TRT 联络线长度均为400米，8#TRT 联络线差动保护用的电流线短了近300米。差动保护用的电流二次接线电缆规格为6×2.5mm2，但8#TRT 发电机组无6#TRT、7#TRT 联络线在并网操作时，联络线存在差动保护的现象。说明差动保护用的电流二次接线电缆长度对阻抗值存在较大的影响，会导致联络线发生非联络线故障引起联络线差动保护的情况，需对这种情况加以整改。还有一个可能，联络线两侧的高压开关柜均是同一厂家品牌产品，电流互感器型号、参数等一致，可能磁饱和特性一致，就避免了区外故障、区内误动作的可能。

4 分析验证及整改措施

4.1 电流互感器磁饱和度试验

为验证判断是否准确，对6#TRT 联络线路两侧的电流互感器的伏安特性进行试验，在完成两侧电流互感器的变比特性、二次回路绝缘、电流加量等试验后均未发现问题。但发现6#TRT 联络线路两侧的电流互感器的伏安特性区别较大。一电站侧611开关的电流互感器的磁饱和度高，拐点电压为590V，时间上比较慢饱和；而发电机站侧的电流互感器的磁饱和度低、拐点电压为375V，时间上较快饱和。6#TRT 联络线路两侧的电流互感器磁饱和度拐点电压存在相差较大现象。

4.2 6#TRT 联络线路差动保护分析

电流互感器的磁饱和性能不同，造成的抗饱和性能就不相同。当发生6#TRT 联络线路区外故障时，发电机及电网均提供短路电流给短路点，因发电机组侧的电流互感器的磁饱和性能较差、先出现饱和，二次侧的电流波形就会先产生畸变。一电站侧611开关的电流互感器的磁饱和性能较好、后出现饱和，未出现饱和时二次侧的电流波形未产生畸变。这种情况下，同一时刻流入6#TRT 联络线路差动保护装置的电流自然就不相同，导致6#TRT 联络线路差动保护装置按设置好的保护逻辑及保护定值开始运算，误认为线路存在故障，从而导致差动保护装置误动作，区外故障区内保护启动且跳闸，从而发生了误跳闸。

电流互感器能将一次回路电流准确转变到二次回路电流，也就是起到将大电流转变为小电流的作用。当电力系统发生事故时，一次回路的电流远大于正常的负荷电流，且电网中存在着大量的直流分量，导致电流互感器铁芯进入饱和状态，导致电流互感器的二次回路电流出现畸变的现象。6#TRT 联络线路两侧的电流互感器只是变比相同，但存在型号、磁饱和特性等参数不相同的情况，最主要的是磁饱和特性不一致，最终导致6#TRT 联络线路差动保护区外故障，却是区内动作的现象。

由于差动保护两侧的电流互感器磁饱和特性不一致，很容易在电网某一处发生短路事故时差动差动保护误动作的现象，这种情况也较常见，如对差动保护工作原理、电流互感器磁饱和特性等技术不熟悉时会无从下手进行整改。6#TRT 联络线路发生过两次非联络线路短路故障：一次是上级开关站电网发生了短路、一次是6#TRT 发电机组短路，两次都是联络线路差动保护跳闸的情况。经过分析及试验验证，是6#TRT 联络线路两侧的电流互感器磁饱和特性不一致造成的误动作。

4.3 整改措施

最主要的措施是避免发生短路时联络线保护装置两侧电流存在较大偏差，这可做到区外故障时联络线差动保护不误动，只有区内故障时才准确动作。

4.3.1 更换两侧电流互感器

建议将6#TRT 联络电缆两侧开关柜的电流互感器全部更换为同厂家、同型号规格、同批次产品。当两侧电流互感器参数不一致时，在正常运行时两侧的电流互感器都未出现磁饱和情况，均能准确将一次电流转变成二次电流，电流互感器二次侧的电流差值就很小，不会让差动保护装置启动。但如发生短路时这种情况就很极端，电源侧会向短路点提供短路电流，一次回路电流远大于正常的负荷电流，且存在大量直流分量，容易磁饱和的电流互感器先进入饱和状态，较不易磁饱和的电流互感器铁芯晚进入饱和状态，导致差动保护装置接收到的两侧电流大小不一致，导致差动保护装置按设置好的保护逻辑及保护定值开始运算，误认为线路存在故障，从而导致差动保护装置误动作。

如两侧电流互感器参数一致时，可最大限度地保证输出电流大小、变化速率、磁饱和度等参数相同，避免带来的误差。这样参数差异小，无论是发生区外部故障还是区内故障，两侧的电流互感器饿饱和特性基本一致，电流互感器二次侧的电流差值就相差不大，能够确保差动保护装置不会误动作。

4.3.2 改为光纤式的差动保护装置

光纤式差动保护可有效避免两侧差动保护用的电流互感器电流输送距离远带来的各项问题，如电缆阻抗大、电流反应速率不一致等。做到反应迅速、动作准确可靠。建议将6#TRT、7#TRT、8#TRT 发电机组的联络线差动保护采用光纤式的差动保护装置，可避免非线路故障，只因远端的二次负荷阻抗过大、电流反应速率不一致造成联络线路差动保护误跳闸的情况。

综上，当供配电系统发生故障时，继电保护应做到速动性、准确性、选择性、灵敏性。对于差动保护，两侧的电流互感器选择犹为重要，特别是磁饱和特性更为重要，如果选择不当就会发生差动保护误动作的情况。