发电机差动保护误动原因分析及其教训

6 0 故障诊断 石 油 和 化工 设 备 2 0 1 5 年 第1 8 卷 发电机差动保护误动原因分析及其教训 王玉丰 大化集 团有限责任公司机动部 辽宁 大连 1 1 6 0 3 1 摘要 2 0 1 3 年8 q 1 7 日大化集团松木 岛热电7 6 6 k V 架空线遭雷击 由于发电机两侧差动电流互感器伏安特性差异太大导 致发电机差动保护误动 造成全基地停电事故 通过事故记录及相关试验 对发电机差动保护误动原因进行 了分析 查明 了事故原因并制定整改措施 避免类似事件再次发生 关键词 发电机 差动保护 电流互感器 伏安特性差异 1大化集团松木岛热电厂电气系 统概况 大化集 团松木 岛热 电厂为大 化松木 岛基地 自备热 电厂 电气 系统 由3 台6 3 k V 2 5 MW发电机和 2 台6 6 6 3 k V 2 0 MV A主变组成 经 同塔架设的两 回6 6 k V桥热左 右线接入大连地 区电网2 2 0 k V桥 东变 电所 热 电厂厂用 电 基地 化 工系 统用 电均接 自热 电厂6 3 k v机压母线 电气 系统接线如图 1 所示 事故前3 发电机和两台主 变投运 电厂经桥热左 右线受 网运 行 2全停电事故经过 2 0 1 3 年 8 月1 7日 大 化松木 岛基地遭遇 雷暴 天气 大化热电厂接入系统的6 6 k V桥热左 右线 遭雷击 6 4 9 1 7 3 发电机差动保护动作 出口断 路器跳闸 0 5 s 后6 6 k V桥热左 右线距离 I I 段保 护动作 与系统解列 导致大化松木岛基地全停 电 3事故原因分析 查看桥热左 右线距离保护故障录波 雷击 使桥 热左线A相接地 右线B相接地 造成6 6 k V 桥热左 右线间A B 两相接地短路 距离 I I 段保 护经0 5 s 延时动作 6 6 k V桥热左 右线与系统解 列 6 6 k V桥热左 右线配置了光纤差动保护 距 离保护 和过 电流保护 后 因架 空线中间T 接 了松 木岛化工园区变 电所6 6 k V电源线 故差动保护停 图1 电气系统图 用 此次高压架 空线遭雷击造成两相接地短路 距离保护动作 4发电机差动保护动作原因排查 6 6 k V桥热左 右线断路器跳闸是正常动作过 程 为何造成3 发 电机差动保护动作 为此进行了 深入分析和排查 发 电机一次设备故障和 二次设备缺陷都可能 造成差动保护动作 为此对发 电机一 二次设备 进行全面排查 对3 发 电机及所属一次设备进行检查结果 发 作者简介 王玉丰 1 9 8 2 一 男 辽宁大连人 工学学士 电气工程师 在大化集团有限责任公司机动部工作 第4 期 王玉丰发电机差动保护误动原因分析及其教 I 一 6 J 电机本体 主回路设备完好 无短路故障点 初 步判 断此 次发 电机 差动保护动作是 由于二次设备 缺 陷造成 属 误动 通常 二次设备缺陷造成发 电机差动保护 发生误动的原因有 差动 电流互感 器二 次回路 多点接 地 微机保护装置 问题 整定 值有误 两侧 电流 互感器特 性相差太大等 对上 述原因逐项进行了排查 1 检查 试验保护装置 的二次 回路 接线正 确 差动 电流 互感 器无多点接地 无虚接及断开 情况 不会使差动保护误动作 2 我厂发 电机保护装置使用北京四方继保生 产 的C S C 3 0 6 E 装置 试验证 明 保护装置动作准 确 模 拟量采 集及 保护动作 电流 动作时 间均在 允许 误差范围 内 排除 了保护装置 自身缺陷造成 误动作的可能 3 校 核差动保护定值 3 发电机组额 定 电流 为3 4 3 7 A 差动CT 变 比为4 0 0 0 5 A 二次额定电 流I N为4 3 A 保护定值 差动最小动作 电流定值 I c d 1 3 A 0 3 I N 纵差拐 点电流 定值I B 3 4 A O 8 I N 比率制动斜率K 0 4 以上定值根据发 电机差动保护整 定原则整定 保 护定值无误 其 动作特性如图2 所示 本次事故3 发 电机保护装置动作报文如下 2 0 1 3 8 1 7 0 6 4 9 1 7 8 7 8保护启动 2 8 ms B相 纵 差 出 口 I d z 2 6 41 A 3 l m s I z d l 1 1 9 A 3 I B 4 5 6 7 5 I z d 图2 差动保护特性曲线 A相 纵 差 出 口 I d z 5 1 5 6 A 根 据 以下动 作方 程 计算 在 差 动保 护 动作 区 动作准确 出 C D 静 K m 耐一 t s 1 钞 4 检查差动保护两侧 电流互感器参数 见表 1 根 据设计 要求 采用 完全纵差 保护时 机 端和 中性点侧应尽量选用 同型号 同变 比的电流 互感器 且两侧 电流互感器的二次负载宜匹配一 I z d 4 0 6 3 A 致 表1 3 发电机差动保护电流互感器参数 安装位置 型号 变比 精度 额定二次容量 生产厂 机端 L M Z B J 1 1 0 W 1 4 0 0 0 5 A 1 0 P 1 5 I O P I 5 5 O V A 天水 中性点 k M Z D 2 1 0 4 0 0 0 5 A 1 0 P 1 5 l 0 P 1 5 O 5 2 O V A 大二互 由表1 可知 我厂发 电机差动保护两侧 电流 互感器 虽然变 比相 同 但型号不 同 额定容量差异较大 不满足设计要求 为此做 了电流互感器伏安特性试验 数据见表2 绘制的特性 曲线如图3 所示 表2 特性实验数据 二次 电压 v 4 1 6 8 8 8 6 1 O 8 7 1 1 3 1 1 2 O 7 1 2 6 8 中性点 二次电流 L A 2 0 5 0 1 0 0 2 0 0 2 3 4 4 0 0 7 0 0 二次电压 V 9 7 8 1 6 l 7 1 9 3 7 2 2 4 3 2 5 3 2 2 7 8 9 2 7 9 1 机端 二次电流 m A 1 8 5 0 9 5 1 8 8 3 6 0 6 8 3 6 8 6 由表2 图3 可看 出 发 电机差动保护两侧 电 流 互感 器伏安特性相差很大 中性点 电流互感器 在 1 2 0 V左右开始呈现饱和 而机端 电流互感器在 1 2 0 V左右时仍为线性 直至2 8 0 V左右时才开始呈 现饱和状态 Z 6 O 嘈 L 1 I I 耐 州 粜 l l 瓣 一 6 2 一 一 故障诊断 石 油 和 化 工 设 备 2 0 1 5 年 第 1 8 卷 g 1 4 O 6 g g 3 7 s s 5 5 7 5 加 麟 I 图3 差动保护两侧电流互感器伏安特性曲线 为 了进一步确定差动保护两侧 电流互感器额 定容量及 伏安特 性不一致对差动保护的影响 我 们从发 电机保护C S C 3 0 6 E 装置 中 调取了此次事 故 的故障录波波形图 如图4 图 中I GT 为发 电机 纵差保护机端侧 电流 I G N为 中性点侧电流 故障 录波波形完整记录 了故障全过程 差动保护两侧 电 流 的变化情况 整个波形录波时长1 6 8 3 3 ms 可 分解为四个阶段 录波起始0 ms 保护启动5 0 m s 发电机纵差出口动作6 9 1 7 ms 发电机断 路器跳 闸与系统解列1 2 4 1 7 ms 从 图4 可 以看 出 首先发 电机 两侧A相 B相 电流开 始发生变化 保护启动 保护启动至纵差 出 口动作 期 间 中性 点侧 电流 互感 器铁 芯迅 速 饱 和 A相 B相 电流波 形 畸变严 重 而机 端侧A 相 B 相电流波形没有畸变 差动保护两侧故障相 电流相 位及相对 幅值发生变化 差流逐渐增大 达 到保 护装置设定的动作值 保护动作 发 电机 出口断路器跳闸 最终得 出结论 在6 6 k V线路遭雷击发生相 间 短路故障过程中 由于3 发 电机差动保护两侧 电流 互感器伏安特性不一致 中性点侧 电流互感器铁 芯迅速饱和 产生差流 导致差动保护误动作 5 制定整改措施 5 1为消除差动保护误动的隐患 首先从保护定值 的整定方面采取措施 根据厂家说 明书建议 两 侧 电流互感器特性不一致时 定值可 以整定为 差动最小动作 电流定值I c d 1 7 2 A 0 4 I N 纵差 拐 点电流定值I B 3 4 A 0 8 I N 比率制动斜率 K 0 5 但将修改后的保护定值及此次保护动作定 值代 入差动保护 动作方程 中可知 A相 差动不动 作 B 相 差动仍然会动作 且从故障录波 图4 中可 以看 出 A相两侧 电流在保护装置动作出 口直 至断路器跳 闸解列的5 5 ms 内仍在剧烈变化 所 以 5 0 ms 6g 1 7 ms 1 2 4 1 7 ms 3 0 0 I G N A I a L 2 0 T 1 2 A t 竹 j 0 l l f i I 5 0 j 一 t 0 t O 6 I G T A I a L 2 0 7 i 2 A 一 一 l 王 0 I 毒 B e j I 己 1 5 0 j 0 臻0 j 傈护扁稿 衔 拜j 0 皇 0 o 艇奄肌蓑动出翻 鼻 一 一 图4 3 发电机故障录波 调整保护定值不能从根本上解决发 电机差动保护 误动的问题 5 2发 电机差动保护误动的根本原因是 由于两侧电 流互感器特性不一致 更换 电流互感器 使两侧 电流互感器特性一致是解决外部故障时差动保护 误动的最直接的有效措施 为此 将 更换 发电机 电流互感器列入检修计划 待条件 具备后进行施 工 5 3在 电流互感 器得到更换 以前 为防止保护误 动 建议按照上述 电流 互感器特性不一致 的方案 调整保护定值 在满 足保护整 定原则 的基础上 增强保护 的制动能力 降低差动保护误动 的可能 性 6总结 发 电机差动保护是热 电厂重要 的主保护 其 动作的准确 性及快速性对 安全生产至关重要 尤 其作为化工 企业 的 自备 电厂 保持生产安全稳定 是重 中之重 这 次发 电机差动保护误动 说明公 司在 电气工程 管理 中存在一定 问题 新建及更新 改造 电气系统 送 电前必须全面检查设备和相关 试验报告 合格后方能送 电 如果各环节严格把 关 上述隐 患在投运前即可发现并消除 通过这 下转7 9 页 第4 期 郭历伟炼化企业腐蚀防护管理体系的建立 7 9 采用 监测换热器和挂片监测腐蚀率 的方式 发现 指标 异常 及时做 出有针对性 的处理 达 到控制 水质 减少冷换设备泄漏的 目的 6阴极保护 阴极保 护技术通过 向被腐蚀金属结构物表 面 施加一个外加 电流 被保护 结构物成 为阴极 从 而使得金属腐蚀发生 的电子迁移得到抑制 避 免 或减弱腐蚀的发生 近年来炼化企业埋地管道及 储罐腐蚀情况不容乐观 埋地 管网腐蚀情况 尤为 突 出 阴极保护是对埋地管道及储罐进行腐蚀 防 护 的主要措 施之一 锦西石化公司2 0 1 2 年地 下管 网阴极保护系统投入运行 以来 每年 因腐蚀原 因 造 成地 下管道泄 漏 的事件 己不超过5 个 漏 点 较 系统投用前 的每年 至少2 5 个漏点 下降 比例大于 8 0 7 建立腐蚀防护管理体系 锦西石化公 司通过建立 健全腐蚀防护管理 的 相关制度 梳 理管理流程 明确职责分工 使各 部 门各 司其 责 同时 由机 械动力处牵头组织 依托研 究院提供 技术支持和 收集腐蚀数据 每月 形成一期涵盖 原油品质分析 工艺防腐 腐蚀在 线监测 定 点测 厚 水质管 理 阴极保护 重点 易腐蚀部位管理 以及上 月发 生的腐蚀 案例 分析等 方面 内容 的腐蚀 防护简报 组织相 关部 门和主要 生产单位定期 召开 公司腐蚀 防护例会 寻根究底 地分析腐蚀防护简报 中存在 的问题 并落 实责任 单 位 通报上期 防腐例会 中提 出问题 的整 改情 况 促使公司防腐管理 的问题得 以全面摆出来 一些 棘手 的腐蚀 问题得 以及时有效的制定措施 并整改 实施 该机制建立后 公司设备腐 蚀数据 明显好 转 装置设备腐蚀状况减 轻 设备维护 费下降 仅2 0 1 4 年带压堵漏 的费用就 比体系建立前每年减 少2 0 0 余万元 电脱盐的平稳运行 脱盐后盐含量 下降 延长 了催化剂的使用寿 命 腐 蚀在线监 测 系统及定点测厚技术的使用 及时发现 了汽油加 氢装置A2 0 1 前注水点后入 口线和催化装置分馏塔 顶循线的腐蚀 减薄 得到 了及 时处理 至少避 免 了两起非计划停工事故 8结论 炼化 企业 防腐蚀管理需要多专业 多部 门的 协 同配合 建立炼化企业腐蚀防护管理体系 是 实现装置安全 稳定 长周期运行 避免装 置停 工和 防止重大经济损失 的有力保障 锦西石 化公 司通过建立企业腐蚀防护管理体系 在运用 多种 腐蚀检测手段 的基础上 加强管理 充分发挥腐 蚀防护简报和防腐例会的作用 使得公司腐蚀 防 护体系得到有效运行 可供同行借鉴参考 参考文献 1 荆军航 郭历伟 张艳 腐蚀监测系统的建立与应用 J 腐 蚀与防护 2 0 1 4 3 5 增刊 8 8 9 O 2 2周敏 宋晓江 刘文彬 等 2 0 1 3 年炼化生产装置停工大 修 期间的专业化腐蚀 检查 J 腐蚀与防护 2 0 1 4 3 5 增刊 74 8 3 上接6 2 页 次事故 促使对各厂继 电保护装置及相关设备进 行检查 并核算保护定值 发现仍有类似情况存 在 已决定尽快整