關于桐柏1號機組失磁保護動作淺析

鄭柏青

(華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江天臺317200)

0 設備概況

桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺縣境內的始豐溪支流百丈溪上，距天臺縣城7km。電站總裝機容量為1200MW，單機容量為300MW，共4臺機組。抽水蓄能電站與常規機組相比較，運行工況較多，有發電、發電調相、抽水、抽水調相等數種工況。為保證機組可靠運行，4臺機組均配置了ELIN的DRS保護裝置，配備了西門子公司的SIMEASR數字故障和電能質量錄波器。機組設置失磁保護(40G-A、40M-A)，作為防止機組在任何運行工況中勵磁電流過低或勵磁電流突然消失，導致機組從系統中吸收大量的無功功率造成嚴重定子過流發熱以及轉子線圈局部過熱甚至失穩異步運行的保護，設置了發電方向和抽水方向兩套獨立失磁保護，該保護分兩段動作，長延時動作判據為功角過大，短延時動作判據為功角過大與勵磁電流過小。機組勵磁采用自并勵靜止整流勵磁系統。設置了兩套獨立的自動調節通道(通道1和通道2，此次保護動作時，勵磁在通道2運行)，兩套調節通道互為熱備用、相互自動跟蹤。兩套調節通道能手動進行切換，并在運行通道故障或機端電壓采樣故障時自動切換至備用通道。為了檢測兩套通道的完好情況應對勵磁調節器的主備用通道進行定期切換。勵磁調節器采用GMR3型數字電壓調節器，該調節器由下列組件組成:①電源板NGT2，為調節器各組件供電；電源板IWN_B，為調節器內部的輸入/輸出回路供電；②主處理器板MRB3，實現自動電壓調節、各種限制功能、附加的調節功能以及勵磁的整個控制邏輯；③子處理器和信號處理板PGS3，由3個子處理器組成(子處理器A用于門脈沖控制，子處理器B用于手動電流調節，子處理器C用于測量值的處理)；④通訊板LCOM，實現調節器內部以及與監控系統的通訊；⑤測量值轉換板IWK2，將來自傳感器的測量值轉換為調節器的輸入電平；⑥現地運行操作終端ELTERMGMR，用于現地操作，參數、故障信息的顯示。

1 失磁保護動作現象

某日凌晨01∶00點，桐柏500kV系統5051開關、5054開關及橋引線5012開關均正常運行，1～4號主變正常運行，1號、2號、3號3臺機組抽水工況穩態運行，4號機組備用，廠用電分段運行。其中1號機于00:14:59抽水調相開機，00:21:55并網，00:34:43轉抽水，00:36:13抽水穩態運行。01:09:59時，上位機發現廠用電系統中，上庫和下庫400V備自投動作信號；01:10:04時，1號機保護A組電動工況失磁保護40M-AⅡ段動作、1號機A組保護事故信號跳閘、1號機保護停機1跳閘、1號機發電機出口開關位置分閘；1號機事故停機后，控制室值班人員馬上匯報了華東網調，并申請4號機抽水開機轉移負荷，得到網調同意，4號機啟動運行正?！，F場檢查，發現1號機GCB、ECB已經分閘，A組保護盤面上:40M-A(失磁保護)紅燈、黃燈亮，21.1G/M-A(低阻抗保護)黃燈亮；B組保護盤面上:46.11M-B(負序過流保護)黃燈亮；機組現地控制盤LCU1觸摸屏無反應；1號機勵磁存在外部報警信號(externaltrip.)。

從監控調取的事件記錄摘要如下:

01:10:02 .9601號機電壓>90%否

01:10:03 .2271號機A組保護電動工況失磁保護40MI段啟動

01:10:03 .2271號機A組保護電動工況失磁保護40M II段啟動

01:10:04 .2271號機A組保護電動工況失磁保護40M II段動作

01:10:04 .2891號機發電機出口開關分閘

01:10:04 .2921號機滅磁開關分閘

2 原因分析

現場運行人員對1號機相關一次設備外觀檢查情況均正常。檢修人員聽取運行人員對事故情況的初步匯報，聯系當時運行方式下機組運行情況，通過自身多年事故處理經驗判斷，懷疑保護誤動的可能性較大。于是由現場運行人員將1號機A、B兩套保護壓板全取下，解除1號機保護出口回路，檢修人員用繼電保護校驗儀加入三相正序電壓(加入三相相電壓的二次值為57.73V)，從保護裝置讀取機端線電壓值為99.8V，同樣也對相關電流回路也進行采樣試驗。試驗結果表明1號機A、B套保護的電壓、電流采樣回路情況均正常；在加電氣量的同時，對保護裝置背板的數據排線也進行了檢查，情況正常。因此排除了由于保護裝置或數據排線故障引起保護動作的可能性，即保護并非誤動。

隨后從監控調取1號機失磁保護動作出口跳機時所有相關電氣量曲線時，發現其中的無功曲線(見圖1)非常特別。曲線上顯示1號機無功于01:09:56開始進相，由22.22Mvar迅速進相至-255.39Mvar(01:10:04)，進相程度很深，而且進相速度非常快，僅8s內進相約278Mvar，每秒34Mvar左右；1號機機端電壓也從正常值下降到85%額定值左右。而且在失磁保護動作前，由于1號機組深度進相導致的系統電壓下降，從廠用電400V系統中部分備自投動作也能得到印證。通過對上位機信號及1號機相關電氣量數據查詢，初步判斷是由于無功深度進相引起機端電壓快速下降，從而導致機組失磁保護動作出口。

圖1 1號機無功曲線

作出初步判斷后，檢修人員立即調取1號機保護裝置錄波圖形見圖2:

從錄波圖形中可知，在失磁保護動作前，1號機機端電壓一直在下降(與正常值相比下降約13V(二次值))，機端電流一直在上升。失磁保護動作瞬間，UBC=82.28∠135°，IA=0.975∠0°A(以上均為二次值)，根據桐柏失磁保護原理計算此時的阻抗值得:Z=UBC/IA/57.73=1.47∠135°Ω，根據桐柏失磁保護的整定值，該阻抗值已經進入了整定阻抗圓，于是保護出口跳閘。

圖2 1號機保護裝置錄波圖形

由此，判定此次1號機失磁保護動作的原因是:1號機在抽水工況運行過程中，勵磁系統收到的無功設定值無故發生了變化，導致1號機無功深度進相，從而使1號機機端電壓下降、機端電流上升，失磁保護的測量阻抗值進入失磁保護整定阻抗圓，失磁保護動作。因為當時1號機勵磁調節器是在通道2運行，于是對通道2進行檢查，發現勵磁調節器通道2的LOCM板已經損壞，直接導致勵磁系統內外部通訊均中斷，勵磁系統丟失了外部(監控)送來的無功設定值，也無法收到勵磁系統內部的無功初始設定值，從而使機組在抽水工況下深度進相運行，直至失磁保護動作出口。

采取措施:更換1號機勵磁調節器通道2的LCOM板，并修改勵磁程序中的設定，將無功設定值是否有效的門檻值P58由+0.1001提高到+0.33。這樣即使再發生類似情況，機組的進相也不會太大，不會造成機組失磁保護動作。

4 結論

雖然此次1號機失磁保護動作出口跳機的原因很明確，勵磁調節器LCOM板工作異常，使勵磁系統收到的無功設定值無故發生了變化，是失磁保護動作的直接原因；事故處理過程也很順利；但最后采取的防范措施總讓人感覺不踏實，LCOM板工作異常能導致無功設定值丟失甚至變化，是否也會導致門檻值丟失或變化呢？P58原先設定值為+0.1001，對應的機組無功進相下限值是-240Mvar，但實際進相深度達-255.39Mvar，門檻值似乎并沒有起到限制進相深度的作用；換板之后僅增加門檻值還是值得商榷的，還需要聯系勵磁調節器廠家，要求其給出明確的解釋。