關于磽磧水電站失磁保護拒動的分析及處理

謝建榮，鄧叢林

（1.四川華能寶興河水電有限責任公司，四川雅安 625000；

2.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

關于磽磧水電站失磁保護拒動的分析及處理

謝建榮1，鄧叢林2

（1.四川華能寶興河水電有限責任公司，四川雅安 625000；

2.中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都 610072）

本文對磽磧水電站3號機9·27勵磁事故進行了情況介紹，對事故原因進行了分析，并提出了處理意見，對今后發電機失磁保護定值整定具有一定的借鑒意義。

發電機；繼電保護；失磁保護

0 前 言

磽磧水電站位于四川省寶興縣境內青衣江主源寶興河上游，為高壩引水式電站，是寶興河流域梯級滾動開發規劃“一庫八級”的龍頭水庫電站，工程樞紐由攔河大壩、泄洪洞、放空洞、引水隧洞、調壓井、壓力管道和地下廠房等建筑物組成。電站共裝機3臺，機端電壓為13.8 kV，單機容量80 MW，總裝機容量240 MW。工程主要任務為單一發電，無航運、漂木、防洪、灌溉等綜合利用要求。

電站3臺機組采用發變組單元接線形式，設發電機出口斷路器，經3臺220 kV主變壓器升壓至開關站，開關站為單母線，含三回進線和兩回出線，一回至民治電站，一回備用。

發電機采用自并勵勵磁系統，機端電壓經勵磁變壓器降壓至功率柜，經整流后為轉子繞組供電。

1 勵磁事故過程情況

2009年9月27日11點14分，3號機組開機，11點20分并網，隨后開始增負荷。

根據許繼電氣股份有限公司的分析報告，在增加負荷的過程中有如下現象：

（1）轉子回路打火；

（2）根據轉子電壓錄波文件來看，從11點22分左右開始到11點25分20秒時間內發生多次間歇性的波形畸變；在11點25分20秒之前的時間里勵磁電壓基本保持在110 V到160 V之間的值，在11點25分23秒左右，勵磁電壓突然增大了一倍達到280 V，在11點25分20秒到11點25分35秒時間內勵磁電壓激烈的大幅度波動；

（3）11點25分之后機組的無功功率持續下降，在11點25分20秒開始無功功率急劇下降，在5秒鐘內下降到－65 MVar，發電機做深度進相運行；

（4）勵磁電流是階段性的增大，說明在這個過程是階段性增負荷的過程，在每個負荷值的階段里勵磁電流是穩定的；

（5）定子電流階段性升高，11點25分20秒開始定子電流急劇增大，11點25分30秒達到最大4 900多A，在11點25分27秒左右達到4 100A，二次值達到4.1A；

（6）發電機機端電壓非常穩定，從11點19分05秒到11點25分55秒時間內保持在13.6～14 kV之間；

（7）勵磁回路碳刷到轉子之間的繼電環有嚴重的灼燒現象；

（8）11點25分20秒主變A套“一側過流保護”動作，11點25分30秒主變B套“一側過流保護”動作跳開主變斷路器；

（9）發電機保護沒有動作；

（10）11點26分30秒手動緊急停機。

2 事故原因分析

通過對上述事故過程及各項數據進行分析，事故原因為：

（1）勵磁回路打火處接觸不良，造成過電壓打火；

（2）因為接觸不良導致接觸電阻過大，而勵磁電流在不同負荷狀態下是不同的，所以勵磁電流波形是平滑的階梯形的，勵磁系統為了保證一定的勵磁電流，必須要增大勵磁電壓，因此在升負荷過程中勵磁電壓會有畸變；

（3）11點25分20秒時，因勵磁引線燒斷，發電機失磁了，而發電機此時掛在電網上，只能是無功倒送，做進相運行，并且做深度進相，此時發電機定子電流增大，主變的相電流也增大；

（4）對于發電機主保護來說，勵磁引線斷線是發電機定子外部的故障，發電機主保護不會動作，低電壓閉鎖過流保護因為機端電壓下不來所以過流被閉鎖，定子接地、轉子接地、過電壓、負序過流保護都不會動作，過負荷保護發信段雖滿足過流條件，但滿足時間只有3秒鐘，保護不會動作發信；反時限動作跳閘段，由于時限較長，也不會動作。失磁保護因為機端阻抗未進入到靜穩動作圓內（整定值：Z1B＝11.61歐，深度進相時保護計算的機端阻抗幅值12.66歐）且勵磁系統強勵，轉子電壓不滿足條件，系統電壓也下不來，因此失磁不會發信及動作跳閘。主變過流保護滿足動作條件（動作方向指向變壓器），主變高壓側后備保護一段過流動作，延時0.7秒跳開主變高壓側斷路器，發電機跟電網斷開不再做進相運行，由于發電機自身失磁定子電流消失了，發電機保護還是不會動作。

3 事故結論

在對整個事故過程及事故原因進行詳細分析后，得出結論為：

（1）此次故障是發電機勵磁回路故障導致發電機失磁，使得發電機進相運行造成主變高壓側過流，變壓器過流保護動作。變壓器過流保護先動作，主要是因為主變過流保護作為主變倒送電時主變后備保護，整定值為1.3倍主變高壓側額定電流值，發電機失磁進相運行時，電流值增大滿足動作條件；

（2）由于發電機失磁保護因為機端阻抗未進入到靜穩動作圓內且經過勵磁電壓和機端電壓閉鎖，在整個勵磁斷線失磁故障中，勵磁電壓和機端電壓基本維持不變，不滿足低電壓閉鎖動作條件，因此，發電機失磁保護沒動作。

4 處理意見

在了解事故整個情況后，現場進行了如下處理：

（1）對3號機轉子及定子進行檢查測試，消除其他隱患；

（2）更換損壞的勵磁引線銅排；

（3）對1、2號機轉子引線相應位置的螺絲進行檢查，避免類似情況發生；

（4）保護處理意見：

①主變高壓側過流保護加入復合電壓閉鎖，通過電壓閉鎖防止機組進相過流時主變過流保護越級跳閘，具體定值調整如下：

a.增加低電壓閉鎖和負序電壓閉鎖；

b.復壓閉鎖負序相電壓定值：6 V；

c.復壓閉鎖相間低電壓定值：90 V；

②調整發電機失磁保護動作時限以及機端低電壓定值。在大電網系統運行條件下，發電機勵磁回路斷線失磁時勵磁低電壓和機端低電壓判據很難滿足，為了讓發電機失磁保護能可靠動作，考慮在原有失磁判據基礎上靜穩阻抗圓增加一個長延時段（帶TV斷線閉鎖），經長延時后動作于跳閘。長延時整定應按躲系統振蕩考慮。具體定值調整如下：

a.靜穩阻抗圓經系統電壓閉鎖段延時由1 s改為0.5 s；

b.靜穩阻抗圓經勵磁電壓閉鎖段延時由2.5 s改為1 s；

c.增加不經系統和勵磁電壓閉鎖的靜穩阻抗圓延時2 s跳閘出口；

d.靜穩阻抗圓Z1B由11.61Ω改為13.49Ω；

e.系統低電壓整定值由80 V改為90 V；

（5）廠家根據上述方案，完成相關程序的編寫和保護裝置測試配合工作。

5 結 論

通過對此次事故的分析，由于大電網具有很強的電壓支撐作用，加上勵磁系統本身的強勵作用，對于勵磁繞組斷線故障，系統電壓和機端電壓降低幅度不大，因此相關低電壓定值不宜取得過低，同時，水輪發電機失磁保護阻抗圓不宜整定得過小，宜采用靜穩阻抗圓，阻抗圓邊界值根據DL／684中要求整定，另外，根據四川省電網繼電保護專業反事故措施《川電調2006【96】號文》規定，為確保各種失磁故障均能夠切除，失磁保護宜配置一段不經低電壓閉鎖的、稍長延時的定子阻抗判據。

TM 307.3

B

1003－9805（2015）02－0084－02

2014－04－02

謝建榮（1966－），男，四川雅安人，高級技師，主要研究方向：水電站電氣系統運行與管理。