反時限過電流保護誤動原因分析及對策

反時限過電流保護誤動原因分析及對策

1概述

鄭州煤炭產(chǎn)業(yè)團體有限責任公司東風電廠是企業(yè)的自備電廠，發(fā)電機以“發(fā)電機—變壓器組”單元接線方式經(jīng)三繞組變壓器與110KV電網(wǎng)系統(tǒng)和35KV供電母線系統(tǒng)相連接，廠用工作電源通過廠用饋線取自變壓器6KV側(cè)。其一次系統(tǒng)簡圖如圖1。東風電廠發(fā)電機組已經(jīng)投運了十年，電廠的機組監(jiān)測和控制選用的儀器和設(shè)備大多是科技含量低的產(chǎn)品，性能不夠完善，穩(wěn)定性較差。廠用高壓電機采用兩相兩繼電器過電流保護作為電動機的主保護，電流繼電器選用LL—11型反時限過電流繼電器，為電動機提供過電流和速斷保護。2004年，由于華鑫鋁廠供電線路短路沖擊，東風電廠廠用電工作電壓下降較多，LL-11型反時間繼電器誤動，1#鍋爐送風機跳閘，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| 電力測量儀| 光度計| 電壓計| 電流計| 

2 存在的題目分析

2004年以來，共出現(xiàn)了2次類似事故，故障現(xiàn)象基本相同，皆為35KV供電線路短路沖擊所引起。事故發(fā)生后，廠有關(guān)技術(shù)職員針對故障現(xiàn)象進行了全面討論分析，并對1#鍋爐送風機保護二次回路具體檢查，排除了以下幾個方面的原因：電動機繼電保護二次接線錯誤;電動機電流互感器內(nèi)部有匝間短路，導致電流互感器變比變小;電動機用電流繼電器，保護定值誤整定等。東風電廠委托河南豫電電力工程設(shè)計事務所對鄭媒團體內(nèi)部電網(wǎng)的電力系統(tǒng)潮流分析計算，針對可能發(fā)生的運行方式和故障特點進行防真試驗，另一方面將LL—11型反時限過電流繼電器送到生產(chǎn)廠家進行繼電器校驗。試驗及校驗結(jié)果顯示，繼電器誤動的原因可回納為以下三個方面。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

外部供電線路短路時，發(fā)電機控制屏固然出現(xiàn)了“強勵動作”信號，但是在短路時，1#、2#、3#、4#發(fā)電機強勵沒能有效工作，已投運的四臺發(fā)電機組的勵磁系統(tǒng)均采用直流勵磁機勵磁方式，發(fā)電機組勵磁調(diào)節(jié)裝置采用的KFD-3裝置，KFD-3勵磁調(diào)節(jié)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，致使廠用6KV工作母線電壓下降較多。異步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩是與其端電壓的平方成正比的，當電壓降低10%時，電動機轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)矩大約要降低19%。假如電動機拖動的機械負載不變，電壓降低時，電動機轉(zhuǎn)速下降，轉(zhuǎn)差增大，定子電流也隨之增大，這是導致電機保護誤動重要因素

2.2 35KV線路保護動作時限長

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

2.3 電動機的保護繼電器觸點氧化

電動機保護現(xiàn)用的繼電器已運行了十年，內(nèi)部元件老化，啟動接點氧化，特別是半導體元件熱穩(wěn)定性下降，經(jīng)過一段時間的運行后，繼電器整體輸出特性變化。碰到電動機工作電流忽然升高時，繼電器誤動。

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

從短路沖擊的瞬間，繼電器動作跳閘看，電動機保護為速斷動作，然而，短路瞬間電動機的工作電流不可能達到速斷保護定值。假如，過電流使Q啟動，Q1斷開，然后對C3充電，使繼電器動作，動作時間一般較長，不可能瞬間跳閘。經(jīng)測試Q1接點的實際接觸電阻為760歐，遠遠大于繼電器規(guī)程不大于2歐的要求。因Q1接點氧化接觸不良，而使C3在正常的工作電流時，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，外界因素致使電動機工作電流瞬間增加，再次給電容C3充電，繼電器就會在較短的時間內(nèi)動作，造成保護誤動。接下來，對繼電器進行加電流試驗，以模擬繼電器經(jīng)過長期帶負荷運行下的半導體元件的熱穩(wěn)定性，經(jīng)過4小時的試驗，發(fā)現(xiàn)單節(jié)晶體管UJT的峰值觸發(fā)電壓下降。

3改進對策

3.1對4臺機的強勵回路進行認真檢查，重新對強勵啟動繼電器的定值及特性進行復核，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，只需更換自動勵磁調(diào)節(jié)器即可滿足發(fā)電機的穩(wěn)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(tǒng)的改造，取得了良好的效果。該廠有四臺發(fā)電機組，為了進步機組的運行可靠性，應增設(shè)備用勵磁系統(tǒng)，在發(fā)電機組勵磁系統(tǒng)發(fā)生故障一時又無法修復的情況下，啟動備用勵磁系統(tǒng)。規(guī)程也有明確有規(guī)定，當發(fā)電機勵磁系統(tǒng)為同軸直流發(fā)電機供電時，對于地區(qū)重要的發(fā)電廠或發(fā)電機臺數(shù)為3臺及以上的發(fā)電廠，可裝設(shè)一套備用勵磁裝置。東風電廠在發(fā)電機臺數(shù)上和其重要性上，都必須裝設(shè)備用勵磁系統(tǒng)。工作特性滿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外供線路的保護回路進行改造。將“電流閉鎖電壓限時速斷”改為“電流閉鎖電壓瞬時速斷”。保護的動作時限為0秒，縮短外供線路短路時對該廠電力系統(tǒng)的沖擊時間。

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

繼電器的動作原理是輸進電流信號經(jīng)過電流互感器，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啟動，及反時限回路，假如繼電器的輸進電流大于動作整定值，則啟動回路動作，啟動反時限延時回路，達到預定的時間后，立即出口跳閘。假如繼電器的輸進的電流很大，達到或超過速動電流整定值，則繼電器不經(jīng)過反時限延時，在很短的時間內(nèi)出口跳閘。該繼電器與LL－12/10系列反時限過流繼電器相比具有電流回路消耗小、精度高，便于現(xiàn)場整定等優(yōu)點，其良好的可靠性，大大降低了保護的誤動率。即滿足設(shè)備保護性能要求，又便于改造安裝。

4 結(jié)論

4.1更換勵磁調(diào)節(jié)器，當外部系統(tǒng)故障沖擊時，母線電壓在故障切除2秒內(nèi)恢復到正常電壓水平，發(fā)電機組不失步。
4.2 35KV線路保護動作時間減少了。保護的動作時限僅為斷路器的固有動作時限，減少了對電廠內(nèi)部的沖擊。電廠能迅速切除與故障點的聯(lián)接。
4.3廠用電高壓輔機的保護繼電器改造后，即滿足設(shè)備保護性能要求，又便于改造安裝。進步了保護的可靠性。

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路短路沖擊，電廠運行情況正常，沒有再出現(xiàn)類似事故的發(fā)生。