冯润兰

（湛江南海西部石油合众近海建设有限公司，广东湛江 524057）

涠洲11-1石油平台透平发电机差动保护误动原因浅析

冯润兰

（湛江南海西部石油合众近海建设有限公司，广东湛江 524057）

针对涠洲11-1平台主电站在预调试过程中所发生的差动保护误动作情况，运用大变压器负载合闸暂态过程分析及差动保护理论，分析了发电机差动保护误动作的原因。

透平发电机 中压柜 真空断路器 多功能保护继电器 差动保护 激磁涌流

1 引言

涠洲11－1平台上部组块在南油海工码头建造，在进行平台主电站调试过程中，发现只要一合上测试负载回路开关，立刻导致中压柜发电机主进线真空断路器（VCB）故障跳闸，随后导致透平发电机因故障停机现象。进线中压柜多功能保护继电器显示，差动保护动作。针对这一问题，我们对发电机本体、电源进线相序、差动保护电流互感器（CT）极性及接线等进行了认真的检查；对保护的设定值进行了核算；对多功能保护继电器进行了校验，都没有发现问题。反复试验了几次，结果还是一样。

图1 测试时的一次系统图

图2 差动保护接线图

图3 分析差动回路不平衡电流的等效

2 差动保护误动作的原因分析

我们对差动保护进行分析。如图1，为测试时的一次系统图。

差动保护理论原理是依据克希荷夫第一定理。如图2，为系统差动保护的接线原理图。当差动保护内部无短路故障时，无论外部电路有无故障，理想情况下，Id=（I1+I2）/n=I1′+I2′=0， n为互感器的变比，继电器不会动作。如果内部有短路电流，差动保护将灵敏快速地动作。所以，差动保护有电流保护和距离保护无可比拟的性能。

实际上，当外部短路时，虽然一定存在I1+I2=0，但由于电流互感器的误差，Id=I1′+I2′≠0，称为差动保护的不平衡电流。因此，在进行差动保护的设定值计算时，应考虑外部短路时的最大不平衡电流，差动继电器动作值必须大于外部短路时可能产生的最大不平衡电流，才能保证不会产生误动作。

图3为分析差动回路不平衡电流的等效电路，两个电流互感器的激磁阻抗分别为Zμ′和Zμ″，二次连线和电流互感器的漏阻抗之和为Z′和Z″，差动回路的阻抗为Zc。当电流互感器工作于不饱和区，Zμ′和Zμ″趋于无穷大，激磁电流可忽略不计， 即得出理想状态参数Id=0。或者，将等效电路看作一个桥式电路，如果满足或能近似满足Zμ′/ Zμ″=Z′/Z″，则可以实现不平衡电流Id≈0。

再来分析一下我们进行负载测试的具体情况。平台上单台透平发电机的容量约为3500KVA，用于差动保护的电流互感器规格为500/5，正常情况下工作合闸负载最大为1000KVA变压器，而用于负载测试的变压器容量为4000KVA。负载测试的方式是，先空载投入测试变压器，然后再在变压器的低压侧逐渐加负载。查阅资料，可以了解到，三相变压器空载合闸的暂态过程中，将产生非常大的激磁涌流，对于4000KVA变压器，如合闸于无穷大电源，其暂态激磁涌流将达到额定电流峰值的8～10倍，即最高可以达到将近5000多安培。所以，在空载投入测试变压器时，对于容量仅为3500KVA的透平发电机组将造成很大的冲击，产生类似或超过外部回路短路过程的暂态瞬时大电流，该电流中含有大量的非周期分量。由于非周期分量对时间变化量di/dt远小于周期分量对时间的变化量，因此它很难变换到二次侧，而是大部分成为电流互感器的激磁电流。这样，将导致电流互感器铁心的急剧严重饱和，从而导致电流互感器TA1和TA2的激磁阻抗Zμ′和Zμ″急剧下降。又因为两电流互感器不可能做到物理特性完全一致，即不可能做到磁化曲线完全相同，特别是两者的剩磁大小和方向不同时，两个电流互感器的饱和程度就不一样，从而导致激磁阻抗Zμ′和Zμ″下降幅度不一致，甚至偏差较大，破坏了平衡条件Zμ′/ Zμ″=Z′/Z″。这样，就造成了两互感器激磁电流Iμ′和Iμ″的不平衡，产生了较大的不平衡电流。在涠洲11－1平台发电机容量及采用的互感器均较小的情况下，采用如此大容量的临时变压器进行负载测试，由此产生的暂态不平衡电流情况相对更加突出，远大于正常系统工作模式下差动保护计算设定值，所以导致了差动保护误动作的发生。

3 处理方法

做为预调试临时测试用，在确认设备正常情况下，一种方法是可采用先把差动故障跳闸输出闭锁，待投入测试变压器后恢复；另一种办法是采用把多功能继电器差动保护设定一个延时，以躲开变压器暂态激磁涌流影响，待测试完成后恢复。实际测试过程中采用了延时方案，保证投入测试变压器时不误动，从而完成了发电机组的带载调试任务。

冯润兰（1964—），女，汉，广东茂名人，职称：中级工程师，学历：大学本科，研究方向：机电工程、仪表自动化。