反時(shí)限過(guò)電流保護誤動(dòng)原因分析及對策

1概述

鄭州煤炭產(chǎn)業(yè)團體有限責任公司東風(fēng)電廠(chǎng)是企業(yè)的自備電廠(chǎng)，發(fā)電機以“發(fā)電機—變壓器組”單元接線(xiàn)方式經(jīng)三繞組變壓器與110KV電網(wǎng)系統和35KV供電母線(xiàn)系統相連接，廠(chǎng)用工作電源通過(guò)廠(chǎng)用饋線(xiàn)取自變壓器6KV側。其一次系統簡(jiǎn)圖如圖1。東風(fēng)電廠(chǎng)發(fā)電機組已經(jīng)投運了十年，電廠(chǎng)的機組監測和控制選用的儀器和設備大多是科技含量低的產(chǎn)品，性能不夠完善，穩定性較差。廠(chǎng)用高壓電機采用兩相兩繼電器過(guò)電流保護作為電動(dòng)機的主保護，電流繼電器選用LL—11型反時(shí)限過(guò)電流繼電器，為電動(dòng)機提供過(guò)電流和速斷保護。2004年，由于華鑫鋁廠(chǎng)供電線(xiàn)路短路沖擊，東風(fēng)電廠(chǎng)廠(chǎng)用電工作電壓下降較多，LL-11型反時(shí)間繼電器誤動(dòng)，1#鍋爐送風(fēng)機跳閘，1#鍋爐滅火。電力分析儀| 諧波分析儀| 發(fā)生器| 多用表| 驗電筆| 示波表| 電流表| 鉤表| 測試器| 電力計| 電力測量?jì)x| 光度計| 電壓計| 電流計| 

2 存在的題目分析

2004年以來(lái)，共出現了2次類(lèi)似事故，故障現象基本相同，皆為35KV供電線(xiàn)路短路沖擊所引起。事故發(fā)生后，廠(chǎng)有關(guān)技術(shù)職員針對故障現象進(jìn)行了全面討論分析，并對1#鍋爐送風(fēng)機保護二次回路具體檢查，排除了以下幾個(gè)方面的原因：電動(dòng)機繼電保護二次接線(xiàn)錯誤;電動(dòng)機電流互感器內部有匝間短路，導致電流互感器變比變小;電動(dòng)機用電流繼電器，保護定值誤整定等。東風(fēng)電廠(chǎng)委托河南豫電電力工程設計事務(wù)所對鄭媒團體內部電網(wǎng)的電力系統潮流分析計算，針對可能發(fā)生的運行方式和故障特點(diǎn)進(jìn)行防真試驗，另一方面將LL—11型反時(shí)限過(guò)電流繼電器送到生產(chǎn)廠(chǎng)家進(jìn)行繼電器校驗。試驗及校驗結果顯示，繼電器誤動(dòng)的原因可回納為以下三個(gè)方面。工具包| 工具箱| 零件盒| 其它儀器| 鉆頭| 六角扳手| 鉗子| 斜嘴鉗| 尖嘴鉗|

2.1 發(fā)電機出口電壓迅速下降

外部供電線(xiàn)路短路時(shí)，發(fā)電機控制屏固然出現了“強勵動(dòng)作”信號，但是在短路時(shí)，1#、2#、3#、4#發(fā)電機強勵沒(méi)能有效工作，已投運的四臺發(fā)電機組的勵磁系統均采用直流勵磁機勵磁方式，發(fā)電機組勵磁調節裝置采用的KFD-3裝置，KFD-3勵磁調節裝置已運行了十年，由于磁性能的改變而起不到強勵的作用，致使廠(chǎng)用6KV工作母線(xiàn)電壓下降較多。異步電動(dòng)機的電磁轉矩是與其端電壓的平方成正比的，當電壓降低10%時(shí)，電動(dòng)機轉速下降，轉矩大約要降低19%。假如電動(dòng)機拖動(dòng)的機械負載不變，電壓降低時(shí)，電動(dòng)機轉速下降，轉差增大，定子電流也隨之增大，這是導致電機保護誤動(dòng)重要因素

2.2 35KV線(xiàn)路保護動(dòng)作時(shí)限長(cháng)

電廠(chǎng)35KV線(xiàn)路采用電“電流閉鎖電壓限時(shí)速斷”作為線(xiàn)路的主保護，速斷動(dòng)作時(shí)間為0.5秒。從保護啟動(dòng)到斷路器跳閘切除故障點(diǎn)，時(shí)間較長(cháng)，導致廠(chǎng)用6KV母線(xiàn)殘壓較低，經(jīng)短路電流計算，短路時(shí)6KV廠(chǎng)用母線(xiàn)電壓殘壓僅為3.4KV，對該廠(chǎng)電氣系統沖擊較大。由于6KV廠(chǎng)用母線(xiàn)電壓下降較多，電動(dòng)機工作電流瞬間升高，從而增大了電動(dòng)機保護誤動(dòng)的機率。

2.3 電動(dòng)機的保護繼電器觸點(diǎn)氧化

電動(dòng)機保護現用的繼電器已運行了十年，內部元件老化，啟動(dòng)接點(diǎn)氧化，特別是半導體元件熱穩定性下降，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運行后，繼電器整體輸出特性變化。碰到電動(dòng)機工作電流忽然升高時(shí)，繼電器誤動(dòng)。

從LL—11（12）型過(guò)流繼電器原理圖（圖2）看：正常情況下，啟動(dòng)元件的動(dòng)斷觸點(diǎn)Q1將電容 C3短接。當電流為繼電器動(dòng)作電流時(shí)，Q繼電器動(dòng)作，發(fā)光二極管JD亮，Q1斷開(kāi)，C3經(jīng)R7、R8開(kāi)始充電。此時(shí)給 C3充電的電壓最小，因此達到觸發(fā)UJT所需電壓的充電時(shí)間(即繼電器動(dòng)作時(shí)間)最長(cháng)。當電流增大時(shí)，此時(shí)間將相應縮短，構成反時(shí)限特性。調整電位器R7即可改變繼電器動(dòng)作時(shí)間的整定值。如電流達到瞬動(dòng)回路所整定的動(dòng)作電流倍數時(shí)，R5的分壓電壓直接經(jīng)D7往觸發(fā)UJT構成繼電器的瞬動(dòng)特性。調整電位器R5 即可改變瞬動(dòng)回路的動(dòng)作電流倍數。UJT觸發(fā)后使J動(dòng)作，J動(dòng)作使DZ動(dòng)作，斷路器跳閘，電流消失，繼電器返回 。如J還未來(lái)得及動(dòng)作，啟動(dòng)元件Q就因電流降低而返回，則繼電器不會(huì )動(dòng)作。

從短路沖擊的瞬間，繼電器動(dòng)作跳閘看，電動(dòng)機保護為速斷動(dòng)作，然而，短路瞬間電動(dòng)機的工作電流不可能達到速斷保護定值。假如，過(guò)電流使Q啟動(dòng)，Q1斷開(kāi)，然后對C3充電，使繼電器動(dòng)作，動(dòng)作時(shí)間一般較長(cháng)，不可能瞬間跳閘。經(jīng)測試Q1接點(diǎn)的實(shí)際接觸電阻為760歐，遠遠大于繼電器規程不大于2歐的要求。因Q1接點(diǎn)氧化接觸不良，而使C3在正常的工作電流時(shí)，已被充電，然后，在瞬間增加的工作電流下，致使C3又迅速充電，這種情況下，在電動(dòng)機正常工作電流下，電容C3已被充電，一旦，外界因素致使電動(dòng)機工作電流瞬間增加，再次給電容C3充電，繼電器就會(huì )在較短的時(shí)間內動(dòng)作，造成保護誤動(dòng)。接下來(lái)，對繼電器進(jìn)行加電流試驗，以模擬繼電器經(jīng)過(guò)長(cháng)期帶負荷運行下的半導體元件的熱穩定性，經(jīng)過(guò)4小時(shí)的試驗，發(fā)現單節晶體管UJT的峰值觸發(fā)電壓下降。

3改進(jìn)對策

3.1對4臺機的強勵回路進(jìn)行認真檢查，重新對強勵啟動(dòng)繼電器的定值及特性進(jìn)行復核，確保了四臺機組強勵回路的一致性、可靠性。自備電廠(chǎng)發(fā)電機同軸的直流勵磁機本體運行狀況良好，只需更換自動(dòng)勵磁調節器即可滿(mǎn)足發(fā)電機的穩定運行。KMLB-JY可控硅勵磁裝置已廣泛應用于火電、水電發(fā)電機組，特別是用于機組勵磁系統的改造，取得了良好的效果。該廠(chǎng)有四臺發(fā)電機組，為了進(jìn)步機組的運行可靠性，應增設備用勵磁系統，在發(fā)電機組勵磁系統發(fā)生故障一時(shí)又無(wú)法修復的情況下，啟動(dòng)備用勵磁系統。規程也有明確有規定，當發(fā)電機勵磁系統為同軸直流發(fā)電機供電時(shí)，對于地區重要的發(fā)電廠(chǎng)或發(fā)電機臺數為3臺及以上的發(fā)電廠(chǎng)，可裝設一套備用勵磁裝置。東風(fēng)電廠(chǎng)在發(fā)電機臺數上和其重要性上，都必須裝設備用勵磁系統。工作特性滿(mǎn)足四臺機組中的任一臺發(fā)電機勵磁的要求，還能很方便地切換供給任一發(fā)電機勵磁。

3.2 對35KV外供線(xiàn)路的保護回路進(jìn)行改造。將“電流閉鎖電壓限時(shí)速斷”改為“電流閉鎖電壓瞬時(shí)速斷”。保護的動(dòng)作時(shí)限為0秒，縮短外供線(xiàn)路短路時(shí)對該廠(chǎng)電力系統的沖擊時(shí)間。

3.3 在主要輔機保護回路中，選用特性更加穩定的SL—12 型反時(shí)限電流繼電器替換LL—11（12）型。改造的繼電器選用SL－12/12型兩相過(guò)流繼電器。該繼電器為集成電路兩相反時(shí)限過(guò)電流繼電器，應用在交流電力系統，作為電機、變壓器及輸電線(xiàn)的過(guò)負荷和短路保護。動(dòng)作電流整定值為3～12A,10倍動(dòng)作電流下的反時(shí)限延時(shí)時(shí)間為1～16S,速動(dòng)電流整定值倍數為2～20倍，在動(dòng)作電流整定值范圍內，反時(shí)限延時(shí)特性上任一點(diǎn)的延時(shí)時(shí)限均能得到精確的控制。這種繼電用具有自動(dòng)選擇兩相中故障較嚴重的一相作為保護對象的功能，兩相的動(dòng)作電流可分別整定。

繼電器的動(dòng)作原理是輸進(jìn)電流信號經(jīng)過(guò)電流互感器，整流濾波后，由選通器選通故障電流較大的一相，并將電流信號分別送到速動(dòng)啟動(dòng)，及反時(shí)限回路，假如繼電器的輸進(jìn)電流大于動(dòng)作整定值，則啟動(dòng)回路動(dòng)作，啟動(dòng)反時(shí)限延時(shí)回路，達到預定的時(shí)間后，立即出口跳閘。假如繼電器的輸進(jìn)的電流很大，達到或超過(guò)速動(dòng)電流整定值，則繼電器不經(jīng)過(guò)反時(shí)限延時(shí)，在很短的時(shí)間內出口跳閘。該繼電器與LL－12/10系列反時(shí)限過(guò)流繼電器相比具有電流回路消耗小、精度高，便于現場(chǎng)整定等優(yōu)點(diǎn)，其良好的可靠性，大大降低了保護的誤動(dòng)率。即滿(mǎn)足設備保護性能要求，又便于改造安裝。

4 結論

4.1更換勵磁調節器，當外部系統故障沖擊時(shí)，母線(xiàn)電壓在故障切除2秒內恢復到正常電壓水平，發(fā)電機組不失步。
4.2 35KV線(xiàn)路保護動(dòng)作時(shí)間減少了。保護的動(dòng)作時(shí)限僅為斷路器的固有動(dòng)作時(shí)限，減少了對電廠(chǎng)內部的沖擊。電廠(chǎng)能迅速切除與故障點(diǎn)的聯(lián)接。
4.3廠(chǎng)用電高壓輔機的保護繼電器改造后，即滿(mǎn)足設備保護性能要求，又便于改造安裝。進(jìn)步了保護的可靠性。

自2004年底改造完成后，2005年經(jīng)歷了幾次較大的外部供電線(xiàn)路短路沖擊，電廠(chǎng)運行情況正常，沒(méi)有再出現類(lèi)似事故的發(fā)生。