過勵磁保護是大型變壓器主要保護之一。變壓器過勵磁后,會使勵磁電流增大,鐵心飽和,漏磁增加,引起變壓器溫度升高,加速絕緣老化,降低變壓器使用壽命,甚至會造成鐵心主絕緣損壞而燒壞變壓器。因此,規程[1]明確規定“對于高壓側為330kV及以上的變壓器,為防止由于頻率降低和/或電壓升高引起變壓器磁密過高而損壞變壓器,應裝設過勵磁保護”。
對發變組接線,發電機過勵磁能力一般均弱于主變壓器,根據規程[2]要求,生產中,只投發電機過勵磁保護即可保護到主變壓器,但當發電機與主變壓器之間有斷路器,主變壓器存在倒送電運行方式時,主變過勵磁保護應投入運行。
本文通過對一起220kV主變壓器過勵磁保護誤動的原因分析認為,保護定值計算采用的基準電壓與變壓器過勵磁能力曲線基準電壓不一致是造成主變過勵磁保護誤動的主要原因。通過對不同主流保護廠家主變過勵磁保護算法調研,本文給出了主變過勵磁保護在整定計算中應注意的問題及防誤動預防措施,對主變過勵磁保護定值計算和主變過勵磁保護安全及其可靠運行具有一定的參考意義。
某電廠2×330MW供熱機組,故障前220kV開關場雙母線合環運行,1號主變運行在220kV Ⅰ母。1號發電機有功負荷為228MW,無功負荷為86MVA,AVC正常運行。
2018年12月22日07:36:23,1號主變保護B屏(置型號為南瑞繼保RCS-985BT,版本號3.11),主變過勵磁反時限保護動作,跳1號主變高壓側2201斷路器,跳1號發電機出口GCB開關,關1號汽輪機主汽門,起動1號機快切裝置。
1)故障錄波。故障發生時,系統正常,系統故障錄波無異常報警。
2)運行調控。故障當天,調度下發AVC系統目標電壓238.31kV。目標電壓雖高于正常230~236kV范圍,但仍滿足規程[3]要求;也不超過變壓器額定電壓,屬有效目標值,如圖1所示。
圖1 #1機AVC調節情況
3)故障時系統電壓。故障發生時,220kV Ⅰ段母線電壓UA≈UC≈61.98V(UAC≈235.8kV),UB≈64.207V(UAB≈UBC≈239.5kV),持續時間超過3000s,電壓偏差滿足規程要求。
4)保護定值。檢查保護定值單(見表1),1號主變過勵磁保護定時限報警值為1.07p.u.、10s,反時限下限跳閘值為1.08p.u.、3000s。
表1 主變過勵磁保護定值單
5)主變滿載時過勵磁能力曲線。主變廠家使用說明書提供的主變滿載時過勵磁能力為1.08p.u.時,允許運行60min,如圖2所示。
圖2 主變過勵磁能力曲線
3.1 原因分析
根據上述檢查情況,一次系統正常,保護定值與主變廠家所給出的過勵磁能力曲線配合完好,定值符合規程[2]要求,但是主變過勵磁保護依然動作,因此需要對動作原因進行分析。
變壓器廠家給出的過勵磁能力曲線是以變壓器額定電壓為基準的,變壓器過勵磁保護是以主變高壓側TV的額定電壓為基準進行采樣計算的,鑒于主變分接頭位置原因,主變實際運行電壓往往高于TV的額定電壓,基準值的不一致會導致保護裝置實際采樣值大于保護整定值,使保護定值不能真實反映變壓器的實際過勵磁能力,此時若不對保護定值進行補償,則會造成主變過勵磁誤動作。
例如,該廠TV一次側額定電壓為220kV、主變高壓側額定電壓為242kV、保護動作時主變高壓側運行電壓為238.31kV(AVC目標電壓),此電壓雖未達到變壓器過勵磁能力(1.08×242=261.36kV),但已超過保護裝置的定值(1.08×220=237.6kV),從而引起主變過勵磁保護誤動。
TV一次額定電壓(220kV)與變壓器一次額定電壓(242kV)之間的差別,相當于同工況下變壓器的過勵磁能力增大了k=242/220=1.1倍,在定值整定計算中,定值計算人員若不注意這兩個基準電壓之間的差別,忽略對定值的補償,則會造成過勵磁保護的誤動作。
3.2 定值補償計算
定值計算補償方法見表2。
表2 定值計算補償
3.3 保護裝置定值正確性判別
保護裝置的多樣化,使得各電廠所用保護都不盡相同,那么如何判斷現場所用主變過勵磁保護裝置定值的正確性呢?可以根據主變過勵磁保護裝置實際采樣值來進行判斷:若主變過勵磁保護運行中采樣值在0.97(如圖3所示)左右,則說明保護采樣已經裝置內部處理,過勵磁定值合理,無需補償;若主變過勵磁保護采樣值在1.06左右(如圖4所示),則說明保護過勵磁采樣未經裝置處理,過勵磁定值不合適,需要進行補償。
圖3 經補償后的保護采樣值
圖4 未經補償的保護采樣值
3.4 主變過勵磁保護裝置定值補償方式
經調研,目前主變過勵磁保護定值補償方式有以下幾種:
1)經過軟件內部計算進行補償(如PCS985裝置)。該型號的保護通過內部算法,對保護裝置的采樣基準進行修正,修正后的采樣基準與主變過勵磁能力基準一致,使保護采樣值能真實地反映主變過勵磁能力。該裝置的主變過勵磁定值可按照與主變過勵磁能力曲線配合進行整定。
2)通過定值中選取的不同基準電壓進行定值補償(如CSC-300裝置)。該型號的保護裝置在定值中增加“過勵磁基準電壓定值”項,若該值的選取以主變額定電壓為基準值,則定值可按與主變過勵磁能力曲線配合進行整定,無需進行補償;若該值的選取以主變高壓側TV額定電壓為基準,則定值除按與主變過勵磁能力曲線配合進行整定外,還需乘以補償系數進行補償。
3)通過定值整定計算進行整定值補償(如RC S985、DGT 801、WFB 800裝置)。該類型號的保護裝置是以主變高壓側TV額定電壓為基準采樣進行邏輯判斷的,此基準與主變過勵磁能力采樣的基準存在差值,采樣值不能真實反映出主變過勵磁能力,定值除按與主變過勵磁能力曲線配合進行整定外,還需乘以補償系數進行補償。
4.1 暴露的問題
1)定值整定計算人員對保護裝置算法不熟悉,導致主變過勵磁保護定值整定計算錯誤。
2)運維人員業務能力不強,設備日常巡視過程化,對運行中的保護采樣是否正確沒有準確判斷的能力。
3)運行人員對電氣畫面監視不到位,對報警窗重視不夠,沒能及時發現保護裝置長時間報警(3000s)并采取措施。
4.2 防范措施
1)定值整定計算人員應熟悉不同保護裝置的算法,參照前文3.4節內容對不同廠家、不同型號過勵磁保護裝置的定值采用不同補償措施,以防止主變過勵磁保護誤動作。
2)調整主變過勵磁保護的運行方式,對安裝有GCB開關的電廠,在機組并網期間,退出主變過勵磁保護。在機組停運、主變帶廠用電運行期間,投入主變過勵磁保護。
3)重視對電氣運行畫面的監視,發現問題及時處理。提高設備的日常巡查質量,參照前文3.3節內容判斷運行中主變過勵磁保護采樣的正確性。
近幾年,主變過勵磁保護定值計算基準與主變過勵磁能力曲線基準不一致引起的主變過勵磁誤動事件屢有發生。根據本文分析,對不同保護裝置的定值采取不同的補償方法及防范措施,可有效避免主變過勵磁保護的誤動作,從而提高設備運行的可靠性。
本文編自2020年第12期《電氣技術》,論文標題為“基準電壓不一致引起主變過勵磁保護誤動的原因分析”,作者為關延偉、厲志波、岳嘯鳴。