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广州蓄能水电厂500 kV母线差动保护故障分析

时间:2007-1-27栏目:石油能源论文

摘 要 对广州蓄能水电厂500 kV母线差动保护故障进行分析。通过对各相电流互感器进行伏安特性试验并相互对比,得出了故障产生的原因:由于一法兰连接螺栓的绝缘套损坏,导致螺栓与母线套形成电流回路,使电流互感器出现寄生电流,造成母线差动保护故障。

  广州蓄能水电厂500 kV主接线采用四角形接线,线路接入点形成的两个母线T区,在线路保护安装点以内,由其本身的线路保护进行保护。主变压器并联点处形成的两个T区,采用母线差动保护(以下简称母差保护)。

1 母差保护的原理及特性

  广州蓄能水电厂一期500 kV母差保护采用DIFE3110型高阻差动保护,500 kV断路器以QF1及QF2为一侧,QF3及QF4为另一侧,分别装设两套完全相同的高阻抗差动保护87-1,87-2及87-3,87-4。分相由两套DIFE3110型高阻抗继电器构成,采用被保护区域进出的电流矢量比较原理,取出差流在电阻器R上产生的电压值,作为测量值进入继电器内部与阀值比较。当外部有故障或无故障时,负荷电流I和I′在通过电阻器R时相位相反,幅值相等,电阻器R上的电压降为零,继电器不动作。当保护区域内部故障时,电流I和I′同相位使得对应的故障电流在电阻器R上产生一定大小的电压值,当该值大于阀值时启动继电器动作出口,见图2。保护整定值为:闭锁电压 UB=20 V,动作电压 UD=25 V。

  保护动作结果:出口跳QF1,QF2或QF3,QF4,1号、2号机组或3号、4号机组跳闸,并启动故障录波器。

2 87-3和87-4故障

  1998年11月广蓄电厂一期QF2断路器检修期间,发现当3号、4号机组在抽水工况运行时,母差保护87-3,87-4发出闭锁信号。测量母差保护装置发现L3相有不平衡输出,电阻器R上最高压降21.5 V,且随一次电流成正比例增加,超过了闭锁电压整定值。

3 故障查找与分析

  1998年11月,对3号、4号机组及QF3,QF4断路器不同运行工况组合进行测试,在QF3合闸,QF4断开时,三相差流在电阻器R上的压降基本为零;当QF3断开,QF4合闸时,L3相差流在电阻器R上的压降较大,L1,L2相基本为零。判断故障为QF4出线侧L3相电流互感器54LRB006TI或54LRB007TI有问题。为进一步确定故障性质,又对87-3,87-4二次电流回路进行了对线及电流互感器极性试验,结果一切正常。同年12月进行了87-3,87-4的二次电流回路功率六角图检验,由此可判断电流互感器极性及接线正确。通过分析认为:

  a)可能QF4断路器出线侧两组电流互感器有故障;

  b)可能是电流互感器一次回路存在寄生回路,使二次产生不平衡输出。

  为此,重点检查了QF4出线侧法兰螺栓的绝缘套,未发现故障。1999年2月,断开QF3及QF4,进行电流互感器伏安特性试验。L3相的两组电流互感器的伏安特性与QF4相截然不同。在重做L3相电流互感器伏安特性试验时,发现有一法兰连接螺栓发热烫手,拆开该螺栓绝缘套侧螺母,发现绝缘套下部断裂,使螺栓接触母线套管接地。将该绝缘套更换后,重做电流互感器伏安特性试验。电流互感器伏安特性恢复正常。QF3,QF4投运后,母差保护87-3,87-4不平衡电流消失,母差保护恢复正常。

  绝缘套损坏后螺栓通过母线套管接地,螺栓与母线套形成电流回路。在此状况下运行,母线套管上产生一感生电流,使电流互感器感受到的电流为Ia+I′a(Ia为一次侧工作电流,I′a为感生电流),Ia与I′a的方向相反。假设螺栓与法兰完全金属接触,则Ia=I′a,故电流互感器感受到的电流为零。故障现象类似某组电流互感器断线或极性接反的情况。

4 存在的问题

4.1 电流互感器伏安特性

  电流互感器型号为5P20,20 VA。从这次伏安特性试验的结果看,其拐点电压约560 V,可能不能满足高阻母差保护电流互感器需有较高拐点电压(如大于800 V)的要求,应采取相应的补救措施。

4.2 螺栓绝缘套损坏

  引起这次故障的原因为螺栓绝缘套破裂,使螺栓接地导致电流互感器出现寄生电流。虽然不能准确探究螺栓绝缘套如何损坏,但也不排除在安装时未用规定的力矩扳手,用力过大,使绝缘套破裂,长期运行中,振动使螺栓接地。有鉴于此,对GIS交接试验应加强全过程的质量管理,并要求进行母线所有电流互感器的伏安特性试验,防患于未然。


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