發電機低勵失磁保護Ⅲ段誤動原因分析和預防措施

王紹平

(華電四川發電有限責任公司 攀枝花分公司，四川 攀枝花 617065)

1 #12發電機組和低勵失磁保護概況

華電四川發電有限責任公司攀枝花分公司#12發電機系哈爾濱電機廠制造的QF150－2型密閉循環空冷三相交流靜止可控硅自并勵同步汽輪發電機，發電機采用密閉式空氣循環冷卻，定子為雙星形連接，中性點不接地。發電機勵磁系統為靜止可控硅自并勵磁系統組成。發電機變壓器組采用雙保護配置，A，B套保護均為許繼WFB－800系列微機保護裝置。發電機低勵失磁保護共分4段，低勵失磁保護Ⅰ段和Ⅳ段動作結果減出力，低勵失磁保護Ⅱ段和Ⅲ段動作結果停機。

1.1 發電機組失磁保護定值

發電機組失磁保護定值為:保護型號，WFB－801;制造廠家，許昌繼電器集團公司;額定功率，150 MW;額定電壓，15.75 kV;靜穩動作阻抗 Z1A，3.59 Ω;靜穩動作阻抗Z1B，－35.34Ω;系統低電壓，85V;勵磁低電壓，60 V;凸極功率，6 W;Ufd(P)斜率，0.34;機端低電壓，80 V;TV斷線閉鎖投退，投入;一段延時時間，0.5 s;二段延時時間，1.0 s。

1.2 失磁保護邏輯關系

失磁保護邏輯關系如圖1所示。

1.3 保護原理

靜穩極限勵磁電壓Ufd(P)主判據。該判據的優點是:凡是能導致失步的失磁初始階段，由于Ufd快速降低，Ufd(P)判據可快速動作。在通常工況下失磁，Ufd(P)判據動作大約比靜穩邊界阻抗判據動作提前1 s以上，有預測失磁失步的功能，顯著提高機組出力或切換勵磁的效果。

圖1 失磁保護邏輯關系

定勵磁低電壓輔助判據。為了保證在機組空載運行及P＜Pt的輕載運行情況下失磁時保護能可靠動作，或為了全失磁及嚴重部分失磁時保護能較快出口，附加裝設整定值為固定值的勵磁低電壓判據，簡稱為“定勵磁低電壓判據”，其動作方程為Ufd≤Ufd.set，式中:Ufd.set為勵磁低電壓動作整定值，整定為(0.2 ～ 0.8)Ufd0，一般可取 Ufd.set=0.8Ufd0。若“定勵磁低電壓判據”單獨出口，還需采取“I＜0.06In”的閉鎖措施，以防止發電機并網及解列過程中失磁保護誤出口。在系統短路大干擾及大干擾引起的系統振蕩過程中，“定勵磁低電壓判據”不會誤動作。

靜穩邊界阻抗主判據。阻抗扇形圓動作判據匹配發電機靜穩邊界圓，采用0°接線方式(Uab，Iab)。發電機失磁后，到達靜穩邊界附近進入圓內。靜穩邊界阻抗判據滿足后，至少延時1.0～1.5 s發失磁信號、壓出力或跳閘，延時1.0～1.5 s的原因是躲開系統振蕩。扇形與R軸的夾角為10°～15°，可躲開發電機出口經過渡電阻的相間短路，以及躲開發電機正常進相運行。需要指出的是，發電機產品說明書中所刊載的xd值是銘牌值，用“xd(銘牌)”符號表示它是非飽和值，是發電機制造廠家以機端三相短路但短路電流小于額定電流的情況下試驗取得的，誤差大，計算定值時應注意。

主變壓器高壓側三相同時低電壓判據:發電機失磁后，可能引起主變壓器高壓側(系統)電壓降低，引發局部電網電壓崩潰。因此，在失磁保護配置方案中，應有“三相同時低電壓”判據。為防止該判據誤動，該判據應與其他輔助判據組成“與”門出口。此判據主要判斷失磁的發電機對系統電壓(母線電壓)的影響，Ut≤Ut.set，Ut.set為主變壓器高壓側電壓整定值，一般可取(0.80～0.90)Utn。某些場合發電機失磁后，主變壓器高壓側電壓不可能降到整定值以下，則該判據也可改為“發電機機端三相同時低電壓判據”，即 Ug≤Ug.set，Ug.set可取(0.75 ～0.90)Ugn。采用機端三相低電壓判據有時為了保證廠用電，有時僅為了與Ufd(P)(或靜穩阻抗判據)組成“與”門出口，以防止由于Ufd(P)(或靜穩阻抗)單獨出口時可能發生的誤動作，因此選擇Ug.set有較大的靈活性。

2 發電機失磁Ⅲ段保護跳閘原因分析

(1)#12發電機“低勵失磁保護Ⅲ段”動作系110kV系統振蕩和失磁保護系統電壓消失滿足失磁保護三段動作整定值所致。失磁保護系統電壓原設計取自220 kV系統，在2008年攀枝花電網結構和方式調整時，將#12機組由220 kV系統運行改為110 kV系統運行，失磁保護系統電壓未改造。2008年9月7日，在河坪線停電檢修時，220 kV系統電壓消失，為機組低勵失磁三段保護跳閘提供了第1個條件。

(2)當110 kV系統發生振蕩時，系統電壓和機端電壓大幅度變化，提取110 kV系統故障錄波進行分析，4000 ms內故障錄波波形確有振蕩，系統電壓峰值為162.5kV，機端電壓為26.92kV，轉子電壓降低至58 V，轉子電壓低于整定值60 V時為機組低勵失磁三段保護跳閘提供了第2個條件，發電機失磁保護三段滿足整定條件動作跳閘。

(3)失磁保護靜穩邊界阻抗與機組微機勵磁調節裝置配合不合理，勵磁調節器內置電力系統穩定(PSS)邏輯，機組微機勵磁調節器一般投“恒機端電壓AVR”方式運行，確保發電機三相定子電壓穩定在額定電壓15.75 kV運行，機端電壓發生微小變化，勵磁調節器相應調整機組轉子電壓和電流，控制機組無功功率，維持機端電壓恒定。此次系統振蕩原因系110kV系統下級35kV系統發生兩相短路事故，對機組所在110 kV系統擾動較小，但仍然發生失磁保護三段跳閘，說明勵磁調節器低勵限制功能與失磁保護配合不合理。在短路發生故障切除前2450 ms內，系統所有機組強勵動作或者勵磁調節器動作增加無功功率，短路故障切除后1500 ms，系統無功功率嚴重過剩，靈敏度較高的微機勵磁調節器動作，降低機組無功功率，直到機端電壓恢復額定值45.75 kV為止，造成機組轉子電壓下降到58 V，失磁保護動作切機。

(4)按照廠家和調試后審批保護定值通知單核查發電機失磁保護整定值和壓板投退情況，未發現問題。

綜上所述:發電機“低勵失磁保護Ⅲ段”動作原因為#12機組系統運行方式調整后，失磁保護系統電壓未相應調整到機組接入的110 kV系統，屬于保護二次漏接線所致。同時發現失磁保護三段系統電壓未設計PT斷線閉鎖邏輯，加之110 kV系統為雙母線接線方式，倒閘操作頻繁，系統電壓PT容易失電，客觀上易造成發電機失磁保護三段誤動。

3 防止失磁保護誤動措施

(1)將#12機組A，B屏失磁保護系統電壓改接到110 kV系統，加裝110 kV系統電壓斷線閉鎖邏輯。系統運行方式發生改變時，一次系統需要改變運行方式，二次系統也必須改變保護接線方式和校核保護整定，確保系統、設備、保護配合符合國電發［2000］589號文《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》的規定。

(2)根據華電集團和國家電網公司對發電機失磁保護配置和整定要求，華電四川發電有限公司攀枝花分公司失磁保護三段由轉子電壓和系統電壓啟動方式邏輯簡單，容易發生誤動作，屬于慎重選用保護范圍，應積極完善保護控制邏輯，確保不發生誤動。可以采取如下2項措施:

1)聯系許昌繼電器集團公司有關人員加裝110 kV系統電壓斷線閉鎖邏輯，系統電壓發生斷線時閉鎖失磁保護三段動作出口。保護出口加裝滅磁開關跳閘邏輯，確保機組失磁后可靠動作。

2)根據機組設計允許失磁運行時間15 min，結合發電機實測失磁或欠磁試驗結果，適當增加失磁保護三段保護動作時限，以躲過勵磁調節器低勵限制動作時限。

(3)加強繼電保護人員培訓和技術管理，特別是加強保護定值管理和設備異動管理工作。公司改制后，繼電保護人員流失，技術能力和管理水平下降，繼電保護人員專項培訓工作未能有效開展，維護人員不能適應繼電保護裝置日常維護工作的需要。

(4)根據系統類似機組失磁保護三段保護誤動分析，微機勵磁調節器工作失常是一個重要原因，更換設計和運用微機勵磁調節器將改善機組勵磁調節性能，提高機組運行的可靠性。

(5)查閱近年來電力系統失磁保護動作跳閘事故，發電機失磁保護三段保護誤動事故比較多，故障參數收集不全，真實原因難以分析。所以，發電機低勵失磁保護動作的正確性受系統、轉子電壓和勵磁調節器性能影響較大，保護和自動裝置的協調配合、失磁保護與發電機勵磁調節器的配合、勵磁調節器與電力系統穩定器PSS的配合等問題是電力系統設計和制造部門、電網和電廠之間協調研究的課題，技術改造和設計應科學分析和論證、統籌兼顧、嚴格管理。