反时限过电流保护误动原因分析及对策

作者：丁士磊 徐庆国 韩思源

欢迎访问e展厅 展厅 6 配电输电设备展厅 电力电缆, 电气控制柜, 配电箱, 电抗器, 断路器, ... 1概述 郑州煤炭工业集团有限责任公司东风电厂是企业的自备电厂，发电机以“发电机—变压器组”单元接线方式经三绕组变压器与110KV电网系统和35KV供电母线系统相连接，厂用工作电源通过厂用馈线取自变压器6KV侧。其一次系统简图如图1。东风电厂发电机组已经投运了十年，电厂的机组监测和控制选用的仪器和设备大多是科技含量低的产品，性能不够完善，稳定性较差。厂用高压电机采用两相两继电器过电流保护作为电动机的主保护，电流继电器选用LL—11型反时限过电流继电器，为电动机提供过电流和速断保护。2004年，由于华鑫铝厂供电线路短路冲击，东风电厂厂用电工作电压下降较多，LL-11型反时间继电器误动，1#锅炉送风机跳闸，1#锅炉灭火。 2 存在的问题分析 2004年以来，共出现了2次类似事故，故障现象基本相同，皆为35KV供电线路短路冲击所引起。事故发生后，厂有关技术人员针对故障现象进行了全面讨论分析，并对1#锅炉送风机保护二次回路详细检查，排除了以下几个方面的原因：电动机继电保护二次接线错误;电动机电流互感器内部有匝间短路，导致电流互感器变比变小;电动机用电流继电器，保护定值误整定等。东风电厂委托河南豫电电力工程设计事务所对郑媒集团内部电网的电力系统潮流分析计算，针对可能发生的运行方式和故障特点进行防真试验，另一方面将LL—11型反时限过电流继电器送到生产厂家进行继电器校验。试验及校验结果显示，继电器误动的原因可归纳为以下三个方面。 2.1 发电机出口电压迅速下降 外部供电线路短路时，发电机控制屏虽然出现了“强励动作”信号，但是在短路时，1#、2#、3#、4#发电机强励没能有效工作，已投运的四台发电机组的励磁系统均采用直流励磁机励磁方式，发电机组励磁调节装置采用的KFD-3装置，KFD-3励磁调节装置已运行了十年，由于磁性能的改变而起不到强励的作用，致使厂用6KV工作母线电压下降较多。异步电动机的电磁转矩是与其端电压的平方成正比的，当电压降低10%时，电动机转速下降，转矩大约要降低19%。如果电动机拖动的机械负载不变，电压降低时，电动机转速下降，转差增大，定子电流也随之增大，这是导致电机保护误动重要因素 2.2 35KV线路保护动作时限长 电厂35KV线路采用电“电流闭锁电压限时速断”作为线路的主保护，速断动作时间为0.5秒。从保护启动到断路器跳闸切除故障点，时间较长，导致厂用6KV母线残压较低，经短路电流计算，短路时6KV厂用母线电压残压仅为3.4KV，对该厂电气系统冲击较大。由于6KV厂用母线电压下降较多，电动机工作电流瞬间升高，从而增大了电动机保护误动的机率。 2.3 电动机的保护继电器触点氧化 电动机保护现用的继电器已运行了十年，内部元件老化，启动接点氧化，特别是半导体元件热稳定性下降，经过一段时间的运行后，继电器整体输出特性变化。遇到电动机工作电流突然升高时，继电器误动。 从LL—11（12）型过流继电器原理图（图2）看：正常情况下，启动元件的动断触点Q1将电容 C3短接。当电流为继电器动作电流时，Q继电器动作，发光二极管JD亮，Q1断开，C3经R7、R8开始充电。此时给 C3充电的电压最小，因此达到触发UJT所需电压的充电时间(即继电器动作时间)最长。当电流增大时，此时间将相应缩短，构成反时限特性。调整电位器R7即可改变继电器动作时间的整定值。如电流达到瞬动回路所整定的动作电流倍数时，R5的分压电压直接经D7去触发UJT构成继电器的瞬动特性。调整电位器R5 即可改变瞬动回路的动作电流倍数。UJT触发后使J动作，J动作使DZ动作，断路器跳闸，电流消失，继电器返回 。如J还未来得及动作，启动元件Q就因电流降低而返回，则继电器不会动作。 从短路冲击的瞬间，继电器动作跳闸看，电动机保护为速断动作，然而，短路瞬间电动机的工作电流不可能达到速断保护定值。如果，过电流使Q启动，Q1断开，然后对C3充电，使继电器动作，动作时间一般较长，不可能瞬间跳闸。经测试Q1接点的实际接触电阻为760欧，远远大于继电器规程不大于2欧的要求。因Q1接点氧化接触不良，而使C3在正常的工作电流时，已被充电，然后，在瞬间增加的工作电流下，致使C3又迅速充电，这种情况下，在电动机正常工作电流下，电容C3已被充电，一旦，外界因素致使电动机工作电流瞬间增加，再次给电容C3充电，继电器就会在较短的时间内动作，造成保护误动。接下来，对继电器进行加电流试验，以模拟继电器经过长期带负荷运行下的半导体元件的热稳定性，经过4小时的试验，发现单节晶体管UJT的峰值触发电压下降。 3改进对策 3.1对4台机的强励回路进行认真检查，重新对强励启动继电器的定值及特性进行复核，确保了四台机组强励回路的一致性、可靠性。自备电厂发电机同轴的直流励磁机本体运行状况良好，只需更换自动励磁调节器即可满足发电机的稳定运行。KMLB-JY可控硅励磁装置已广泛应用于火电、水电发电机组，特别是用于机组励磁系统的改造，取得了良好的效果。该厂有四台发电机组，为了提高机组的运行可靠性，应增设备用励磁系统，在发电机组励磁系统发生故障一时又无法修复的情况下，启动备用励磁系统。规程也有明确有规定，当发电机励磁系统为同轴直流发电机供电时，对于地区重要的发电厂或发电机台数为3台及以上的发电厂，可装设一套备用励磁装置。东风电厂在发电机台数上和其重要性上，都必须装设备用励磁系统。工作特性满足四台机组中的任一台发电机励磁的要求，还能很方便地切换供给任一发电机励磁。 3.2 对35KV外供线路的保护回路进行改造。将“电流闭锁电压限时速断”改为“电流闭锁电压瞬时速断”。保护的动作时限为0秒，缩短外供线路短路时对该厂电力系统的冲击时间。 3.3 在主要辅机保护回路中，选用特性更加稳定的SL—12 型反时限电流继电器替代LL—11（12）型。改造的继电器选用SL－12/12型两相过流继电器。该继电器为集成电路两相反时限过电流继电器，应用在交流电力系统，作为电机、变压器及输电线的过负荷和短路保护。动作电流整定值为3～12A,10倍动作电流下的反时限延时时间为1～16S,速动电流整定值倍数为2～20倍，在动作电流整定值范围内，反时限延时特性上任一点的延时时限均能得到精确的控制。这种继电器具有自动选择两相中故障较严重的一相作为保护对象的功能，两相的动作电流可分别整定。 继电器的动作原理是输入电流信号经过电流互感器，整流滤波后，由选通器选通故障电流较大的一相，并将电流信号分别送到速动启动，及反时限回路，如果继电器的输入电流大于动作整定值，则启动回路动作，启动反时限延时回路，达到预定的时间后，立即出口跳闸。如果继电器的输入的电流很大，达到或超过速动电流整定值，则继电器不经过反时限延时，在很短的时间内出口跳闸。该继电器与LL－12/10系列反时限过流继电器相比具有电流回路消耗小、精度高，便于现场整定等优点，其良好的可靠性，大大降低了保护的误动率。即满足设备保护性能要求，又便于改造安装。 4 结论 4.1更换励磁调节器，当外部系统故障冲击时，母线电压在故障切除2秒内恢复到正常电压水平，发电机组不失步。 4.2 35KV线路保护动作时间减少了。保护的动作时限仅为断路器的固有动作时限，减少了对电厂内部的冲击。电厂能迅速切除与故障点的联接。 4.3厂用电高压辅机的保护继电器改造后，即满足设备保护性能要求，又便于改造安装。提高了保护的可靠性。 自2004年底改造完成后，2005年经历了几次较大的外部供电线路短路冲击，电厂运行情况正常，没有再出现类似事故的发生。 参考文献： ［1］程浩忠.《电力系统无功与电压稳定性》［M］. 北京：中国电力出版社，2004年. ［2］刘学军.《继电保护原理》［M］. 北京：中国电力出版社，2004年. ［3］电机学会.《火力发电厂技术改造指南》［M］. 北京：中国电力出版社，2004年. ［4］许建安，保护继电器检验［M］.北京：中国水利水电出版社 ，1999. ［5］杨帮文，新型继电器实用手册［M］. 北京：人民邮电出版社，2004.作者简介：(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (9/26/2006)