600 MW发电机变压器组保护误动原因分析及对策

600 MW发电机变压器组保护误动原因分析及对策

张洵

国家能源集团神华国能哈密电厂 新疆维吾尔自治区哈密市 839000

摘要：本文依据某发变组保护误动导致的跳闸事故着手,主要分析可能导致发变组保护误动的主要因素,查找出了设备和管理方面存在的短板，对于提升发变组保护系统的定检及监督管理具有很好的借鉴作用。

关键词：发变组；保护；误动；原因

1、概述

某发电有限责任公司发变组保护选用某公司生产的M3000系列发电机变压器保护装置，其配置为：发变组保护M-3311；发电机保护M-3425；励磁变保护M-3310；主变保护M-3311；主变后备保护M-3520；高厂变保护M-3311；高公变保护M-3311。本公司一号机组通过168h后连续运行79天，发电机有功负荷为413.46MW，无功负荷为56.7MVar，发电机定子电压20.35kV，发电机定子电流11922A，励磁电压265.26V，励磁电流2570.392A。12时21分主控制室有功显示为零，机组与系统解列12时25分保护人员检查发现B02柜的一号高厂变第二套M-3311保护装置面板上报HALT ERROR 29报警，但发变组保护没有出口报警，查看1号机组故障录波器波形，机组跳闸前后电流电压无变化，开关量波形显示动作原因为高厂变差动保护动作，35ms后发电机解列6kV厂用电快切成功。

2、原因分析

2.1 现场原因分析

2.1.1从机组电流、电压录波图上表明，机组电气一次设备的电流、电压没有突变，一次设备无异常。一号高厂变保护装置M3311动作之前没有故障电流，并且差流远小于动作值，因此保护装置在二次侧无故障电流情况下出口，应属保护装置内部故障所致。

2.1.2对M-3311装置初步检查，装置处于异常状态，面板显示有故障代码#29，装置与工控机所有通讯中断。经查证故障代码29的含义为“可编程增益放大器运行检测失败”,说明该装置为“硬件故障”，正常报警时装置内部逻辑应闭锁“装置出口”，而当时没有闭锁该出口，引起动作跳闸。故判断为M-3311保护装置硬件故障造成机组停运。

2.2 制造厂原因分析

误动发生后，立即将故障保护装置发往保护装置制造厂家进行根本原因分析。

2.2.1如果继电器出现故障代码29，表明继电器有可能在如下硬件电路方面出现故障，如开关电源、模拟量多路复合器、可编程增益放大器或A/D转换电路上。一旦在运行的保护装置前面板HMI上发现除26、27、28、40、44、45以外的任何代码，即表示保护装置出现了严重的故障，就表明保护装置处于异常运行状态，装置自检接点会立即给出报警信号。此时不允许对保护装置进行任何面板按键操作，应立即采取安全措施，退出该保护装置，将该装置返厂处理。

2.2.2制造厂人员在实验室，对保护装置用一个独立的电源来做测试，当电压调整到低于4.9V时，保护装置产生了87跳闸。三星芯片指定的电源范围是4.5V到5.5V，显然这个芯片没有达到三星说明书提供的电压要求，当电压低于4.9V时存于内存芯片的数据就会被破坏。同时在仿真测试中，当保护装置面板HMI显示预先被点亮，当50（瞬时过流）元件动作点亮LED灯时三星芯片上的工作电压只会低到5.0V，87跳闸就不会动作。然而如果保护装置面板HMI预先没有被预先点亮，当50（瞬时过流）元件动作，电源将同时供应点亮LED灯、HMI显示，此时工作电压就会低到4.8V到4.85V，这就低于了三星芯片（批号TASL11QB）数据被破坏的极限电压值。

2.2.3经厂家测试，确认硬件故障是继电器的主处理器芯片DSP有问题，送往芯片制造厂商检验。

2.2.4经过主芯片的厂家检测，芯片的内部聚乙烯层第二管脚有发热点，发热是由于静电损伤导致。这种静电不是将芯片损坏，而是使芯片局部的绝缘变薄，出厂测试时一般检测不出来，运行一段时间后才会暴露出来。由于静电损伤部位在芯片的内部，此缺陷是在装置出厂前发生的。会议确认1号高厂变误动跳机的直接原因是保护装置的DSP主芯片质量存在问题。

2.2.5保护装置生产厂家在实验室对8台保护装置进行破坏性的模拟试验时，曾发生一次与我公司相同的误动现象。如果装置出现某种故障，破坏了A/D转换的采样电流，就有可能引起差动功能“87”在自检电路检测到装置故障闭锁继电器之前跳闸出口。装置的自检周期是20ms，采样频率是每周波16个点，按照目前设计，差动保护的出口速度比装置的自检周期快，所以在发生某种故障情况下，可能会发生差动保护抢先动作出口现象。由于此保护在设计理念上注重保护动作的快速性，只有“87（差动）”和“50（瞬时过流）”这两种快速保护的动作速度比自检快。厂家认为本次故障是由于主芯片的第二管脚出现静电损伤，使得DSP芯片检测到的A/D采样出现偏差，导致差动保护误判断出口。

3、处理过程

3.1现场分析初步确认为M-3311保护装置故障后，立即更换了备件，新换保护装置进行全部检验合格机组并网。

3.2在进两年间M-3311保护共误动4次，且都属于之前用于生产的批号为TASL11QB的三星芯片，由厂家负责提供备件进行更换。

3.3针对装置电源电压降低导致装置数据破坏，采取了如下措施：原设计用以延长数码显示的寿命，HMI显示是自动休眠的，鉴于保护动作的同时点亮HMI，造成保护装置电压下降保护误动，因此决定通过新版本的软件将持续点亮HMI显示。某公司某厂主变启动通风50W1元件动作16ms后，差动保护元件87T动作，针对此情况采取以下控制措施：退出M-3311装置内的启动通风元件，辅助风扇改为直接启动方式。

3.4保护制造厂家决定对所有国内用户使用的M-3311保护软件进行升级，主要内容为：采取“处理器在存储器读写前插入一个等待周期27ns”提高装置自测试功能的速度，由原来的20毫秒提高至1.25毫秒。87差动保护加入了1.25毫秒的延时，用以在测试功能检测到可能的系统软硬件故障时，可以及时地闭锁差动保护动作。

3.5经上述软件升级后，设备制造厂家提供了一台M-3311保护装置试品，经中国电科院的测试试验，结果显示：M-3311保护装置各项保护功能和特性符合国家和电力行业标准要求，软件性能满足升级方案的要求。

3.6专业人员更换了一台有危险批次三星芯片的M-3311保护，并对一号机组的6台M-3311装置进行了软件升级工作。软件升级后对保护装置的零漂、线性度、逻辑关系、绝缘情况、定值校核及接线情况进行了全部检验静态检查各项试验项目均合格。后对二号机组的6台M-3311装置进行了软件升级工作，全部项目检验合格。

结语：通过本公司和制造厂家的共同努力，结合其他电厂M-3311误动保护的情况，分阶段制定了防范措施，并分步实施，解决了由于本装置过于追求差动保护的快速性，导致自检不能闭锁装置异常时的保护出口，经过分析、分阶段采取整改措施后保护均运行正常，消除了隐患。

参考文献： 　　[1]郭颖颖.变压器差动保护误动的原因分析及防范对策[J].商品与质量,2018,000(031):284. 　　[2]郭冰云.一起差动保护误动事件原因分析及防范措施[C]//福建省电机工程学会2018年学术年会获奖论文集.2018. 　　[3]任崇礼.变压器差动保护误动的原因分析及防范对策[J].黑龙江科学,2018,v.9；No.127(12):97-98. 　　[4]李新友,刘小刚.600MW发电机变压器组保护误动原因分析及对策[J].河北电力技术,2019,000(002):23-24.