一起發電機保護定值計算錯誤引起的勵磁過負荷報警分析

， ， ，，，

(錦屏水力發電廠，四川 西昌 615000)

0 引 言

繼電保護裝置作為保證電網安全穩定運行的最后一道保護屏障，有選擇性地、可靠地、快速地對故障進行隔離，能有效地防止事故擴大。但繼電保護裝置如何動作、如何配合是由保護定值來控制的，一旦定值整定出現錯誤或是在定值的執行、管理過程中出現任何漏洞都將給電力系統帶來巨大的隱患，甚至發展為事故。

通過介紹現場一起由于定值整定計算錯誤引起發電機勵磁過負荷報警現象、危害、處理過程，由此提出相關的防范措施。

1 勵磁系統保護配置情況

某電廠發電機型號為HLV97-LJ-655，額定容量為600 MW，機端電壓20 kV，采用自并勵的勵磁方式。勵磁系統配置兩套獨立的電氣量保護，具體保護包括勵磁變差動保護、勵磁過流保護、勵磁過負荷保護。發電機、勵磁部分保護按兩塊屏配置，各配置一套RCS-985GW發電機保護裝置。其中勵磁變壓器差動保護主要反應勵磁變壓器內部故障；勵磁過流保護主要反應勵磁變壓器外部的過流故障；勵磁過負荷保護反應勵磁變壓器繞組的平均發熱狀況，為充分利用勵磁變壓器的過負荷能力[1]，勵磁過負荷定時限保護只投信號，反時限投跳閘。

2 事件現象

2013年1月17日07：51，CCS報警：“1號機組發電機B套保護裝置報警、B套勵磁過負荷報警、A套保護裝置報警、A套勵磁過負荷報警”；2號機組報警同1號機組。07:56，1號、2號機組發電機保護裝置與CCS上報警信號均自動復歸。09:11，CCS再次報與07:51相同事件，報警信號瞬時復歸。

3 事件分析與處理

3.1 現場檢查

09:21，現場檢修人員現地檢查發現1號發電機保護裝置與CCS上報警信號一致，1號發電機有功為601.3 MW，無功為102.4 Mvar，勵磁電流為2 440.7 A，2號發電機有功為602.1 MW，無功為108.5 Mvar，勵磁電流為2 448.9 A。

3.2 事件分析

經查看機組故障錄波連續錄波文件發現，在CCS報警時1號、2號勵磁變壓器高壓側電流(二次值)均在0.21～0.23 A之間變化，由于勵磁過負荷定時限報警電流定值為0.21 A，故1號、2號發電機保護報警正確。

經詢問運行值班人員得知勵磁過負荷期間對側換流站正在進行直流負荷調整，負荷增加約為300 MW，相應無功增加約為150 MW，07:51報警時1號機組無功120.3 Mvar、2號機組無功118.6 Mvar。09:11報警時1號機組無功130.4 Mvar、2號機組無131.6 Mvar，1號機勵磁電流瞬時最大2 495 A、2號機勵磁電流瞬時最大2 506 A。而兩臺機組在換流站負荷調整前無功均在100 Mvar左右，故判定由于發電機感性無功增加導致勵磁電流增加，從而導致勵磁過負荷報警。

通過向自動班核實得知發電機勵磁電流2 126 A為發電機功率因數為1.0時的額定勵磁電流值，此時發電機僅發出有功不發無功。當發電機在功率因素滯后的工況下運行時，發電機電樞電流為去磁電流[2]， 此時為維持發電機機端電壓不變，發電機需過勵運行，即增加勵磁電流。而機組在額定功率因素(0.9滯后)的運行工況下，額定 勵 磁 電 流 為2 790 A。現場檢查發電機滿負荷時勵磁電流為2 442 A，未達到額定勵磁電流，故保護裝置本不應報警。經核查定值單和定值計算書，發現勵磁過負荷保護計算用的額定電流在功率因素為1.0時的額定電流，使得計算出的保護定值偏小，導致保護裝置報警。

3.3 勵磁繞組反時限過負荷保護原理

勵磁繞組反時限保護由以下3部分組成：下限啟動部分、反時限部分、上限定時限部分。上限定時限部分設最小動作時間定值。

當勵磁回路電流超過下限整定值I1szd時，反時限保護起動，開始熱積累，反時限保護熱積累值大于熱積累定值保護發出跳閘信號。反時限保護能模擬勵磁繞組過負荷的熱積累過程及散熱過程。

反時限動作曲線如圖1，反時限動作方程為

[(I1/Ijz)2-1]×t≥KLzd

(1)

式中,I1為勵磁回路電流；Ijz為勵磁回路反時限基準電流；KLzd為勵磁繞組熱容量系數定值。

圖1中，tmin為反時限上限延時定值，tmax為反時限下限延時，I1szd為反時限起動定值，I1h為上限電流值。

圖1 勵磁繞組過負荷反時限動作曲線

3.4 勵磁后備保護及過負荷定值整定計算

使用額定勵磁電流為2 790 A計算出的勵磁后備保護定值和過負荷保護定值。

表1 勵磁系統保護計算參數

3.4.1 勵磁后備保護過流Ⅱ段保護(躲過強勵磁時的電流)

保護動作電流為勵磁變壓器高壓側電流。

強勵時變壓器高壓側一次電流[3]為

Iff.t=KreNIf/nT

(2)

將表1中的數據代入公式(2)中，計算得出強勵時變壓器一次電流為149.14 A。

保護動作電流為

Idz=Kre1Iff.t/(nTAKd0)

(3)

取可靠系數Krel=1.2，返回系數Kdo=0.95，計算得出勵磁后備保護過流Ⅱ段保護定值為0.63 A。

該保護動作延時：t=2 s，動作于停機、滅磁和跳發電機出口斷路器，啟動發電機斷路器失靈保護和故障錄波。

3.4.2 勵磁繞組過負荷保護

(1)定時限報警段定值

勵磁繞組額定運行條件下，勵磁變壓器高壓側一次電流為

Ie1=KrelIf/nT

(4)

將表1中數值代入公式(4)中，計算出Ie1為

74.57 A。

勵磁繞組熱過負荷定時限報警段定值為

I2=Kre1Ie1/(nTAKdo)

(4)

取可靠系數Kre1=1.2，返回系數Kdo=0.95，計算得出I2為0.27 A。

該保護延時5 s，動作于發信，啟動故障錄波。

(2)反時限整定值(用熱過負荷保護實現)

反時限啟動定值：I3=1.05×I2=1.05×0.27=0.29 A；

反時限上限時間定值為10 s；

轉子繞組過熱常數：C′=[(Ifd/Ijz)2-1]t，按強勵磁2If時，允許運行50 s，則C′=(22-1)×50=150；

勵磁繞組熱容量：C=0.8C′=0.8×150=120；

反時限基準電流：Ijz=Ie1/nTA=74.57/300=

0.25 A(取正常額定電流)。

該保護動作于發信，跳滅磁開關和發電機出口斷路器，啟動發電機斷路器失靈保護和故障錄波。

表2 保護定值對比 (A)

3.5 現場處理

當勵磁變壓器高壓側勵磁電流(二次值)達到反時限啟動電流值0.22 A時，對應發電機勵磁電流為2 469.5 A。即若發電機勵磁電流大于2 469.5 A時，勵磁過負荷保護啟動，開始對勵磁繞組進行熱積累計算，若勵磁電流持續大于2 469.5 A，當達到勵磁繞組熱容量定值120時保護動作于跳閘。反時限勵磁過負荷保護邏輯詳見圖2。

現場檢查發現勵磁繞組熱容量已經積累到103，已經接近跳閘熱容量定值。

檢修人員檢查出問題所在后，通知運行人員加強監視，將勵磁電流盡量控制在2 469.5 A以下。檢修人員立即將現場發現的勵磁后備保護及過負荷保護計算參數使用有誤的問題反饋至定值計算單位，要求計算單位盡快核算勵磁后備保護、勵磁繞組過負荷保護定值并下發最新定值。在最新定值下發后，經安全生產技術部批準，檢修人員將勵磁后備保護、勵磁繞組過負荷保護定值進行修改，消除了勵磁繞組過負荷可能導致機組跳閘的隱患。

圖2 反時限勵磁繞組過負荷保護邏輯框圖

4 事件后的思考

4.1 事件的嚴重后果

該事件及時發現、及時處理，避免了機組跳閘的可能。若事件發生后運行人員未對發電機勵磁電流進行控制，或在對勵磁電流進行控制后，系統發生故障，調度要求機組強勵磁，穩定系統電壓，此時將增加勵磁電流，屆時保護裝置將一定報“勵磁過負荷報警”，且進行勵磁繞組熱積累。若在機組強勵保系統電壓時機組又跳閘，此時將加重系統的故障，可能引起系統電壓嚴重的波動。

4.2 對策及建議

(1)首先，定值計算是決定保護裝置正確動作的關鍵環節。定值計算人員應具備高度的工作責任心。其次整定計算工作應嚴格遵守計算原則和相應導則，按照保護說明書要求進行定值整定，以保證保護裝置滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求。

(2)定值計算單位應多與現場人員溝通，詳盡地閱讀、了解被保護設備的有關資料，確保計算使用的參數正確完備。

(3)現場定值單的執行必須規范仔細。現場人員不僅要核算定值計算方法、過程，同樣要檢查計算參數的正確性。尤其對于新建、在建電站的電廠自管定值更應仔細核查，規范執行定值單。

[1] 能源部西北電力設計院.電力工程電氣設計手冊2：電氣二次部分[M].北京：中國電力出版社，1991：641-650.

[2] 辜承林，陳喬夫，熊永前.電機學[M].北京：華中科技大學出版社，2005：328-336.