一起線路跳閘引起發電機失磁保護動作的分析

陳豪杰

(浙江華電烏溪江水力發電廠，浙江 衢州 324000)

一起線路跳閘引起發電機失磁保護動作的分析

陳豪杰

(浙江華電烏溪江水力發電廠，浙江 衢州 324000)

介紹了一起線路跳閘引起發電機失磁保護動作的經過，通過詳細分析，查明動作原因為勵磁系統保護配置不合理，制訂了相應的防范措施，為確保發電機勵磁系統的安全穩定運行提供了技術支持。

線路跳閘；發電機；失磁保護；勵磁系統

0 引言

某水電站裝有4臺單機容量為50 MW的水輪發電機組，發電機變壓器組配置了雙套CSC-306數字式發電機保護裝置，勵磁系統為PSVR100系列。某日，110 kV開關站某線路跳閘過程中，#1機組失磁保護動作跳閘，本文對#1機組失磁保護動作原因進行詳細分析。

1 故障前運行方式

故障前，#1機組并網發電，帶有功功率46.5 MW，無功功率6.3 MV·A，110 kV系統、220 kV系統及#1主變壓器運行。部分一次電氣主接線方式如圖1所示。

圖1 部分一次電氣主接線方式圖

2 故障經過

17:52:13，110 kV開關站母差保護裝置異常動作，#1機組勵磁系統故障動作。

17:52:14，110 kV開關站某線路保護跳閘動作、某線路開關分位動作。

17:52:17，某線路重合閘動作、開關合位動作。

17:52:19，某線路開關再次跳開。

17:52:22，#1機組轉子過壓動作。

17:52:27，#1機組失磁保護動作，機組斷路器分閘動作、滅磁開關分位動作，機組事故停機。

3 故障查找

故障發生后，運行維護人員現場檢查發現110 kV開關站某線路C相瓷瓶墜落引起單相接地，并造成線路零序保護動作線路開關跳閘。#1機組機端電壓下降，勵磁系統強勵動作，A，B套勵磁調節器報脈沖故障并退出運行，發電機失磁保護動作跳斷路器開關、滅磁開關，機組事故停機。

4 原因分析

4.1 線路C相瓷瓶墜落

線路C相橫向支持瓷瓶底腳抱箍螺桿斷裂，導致該處瓷瓶墜落。經檢查，此處螺桿存在搭接現象，經過長年累月的風吹日曬，搭接處嚴重銹蝕造成螺桿斷裂，最終導致瓷瓶墜落。

4.2 勵磁調節器故障動作

勵磁系統故障是由脈沖故障引起的，脈沖故障一般分為3類：(1)同步測頻故障，勵磁變壓器過來的陽極電壓頻率三相超出范圍；(2)同步相位故障，勵磁變壓器過來的陽極電壓相位超過范圍；(3)脈沖角度故障，脈沖角度回讀時有2個以上的異常。

#1主變壓器中壓側110 kV/低壓側10.5 kV是Dy11接法，當110 kV側線路C相接地后，UA和UB不變，UC減小,耦合到低壓側后ua不變，ub和uc減小，機端三相電壓之間的相位也會發生變化。同步信號是機端通過勵磁變壓器和同步變壓器后的電壓

信號，故在機端三相有相位偏差的情況下，也會耦合到同步信號側，所以勵磁裝置脈沖故障是同步相位故障造成的。勵磁裝置記錄的故障錄波圖如圖2所示。

圖2 勵磁裝置記錄的故障錄波圖

4.3 轉子過壓動作

勵磁系統采用氧化鋅非線性電阻作為滅磁及過壓保護元件，轉子過壓信號是滅磁柜后面的小電流互感器(CT)流過電流后觸發的。由于勵磁裝置退出運行，勵磁系統無法實現自身功能。發電機失磁就意味著轉子電流突然消失或部分消失，同步發電機將轉入異步發電機運行，從原來的發出無功功率轉變為吸收無功功率。降低到某一個時刻后有功功率開始振蕩，同時定子繞組與轉子繞組之間存在互感電抗，轉子側將感應出非常高的過電壓，達到轉子過壓動作整定值。發電機失磁后負荷波動曲線如圖3所示。

圖3 發電機失磁后負荷波動曲線

4.4 發電機失磁保護動作

發電機失磁后或失磁發展過程中，機端測量阻抗要發生變化。發電機失磁后，機端測量阻抗的軌跡將沿著等有功阻抗圓進入動作邊界圓內，失磁保護即會動作。

從保護裝置動作報告可以看出，保護動作時發電機定子電流增大，無功功率反向，發電機進相運行，所有現象均是發電機失磁的典型表征，保護所測到的機端阻抗和電抗均小于保護定值，機端測量阻抗已越過靜穩邊界阻抗圓進入異步邊界阻抗圓，說明發電機確實失磁，排除了發電機保護誤動的可能。

5 防范措施[1-3]

發電機發生失磁故障后，將從系統吸收大量無功功率，容易導致系統電壓劇烈波動或下降，給廠用電其他設備造成損害；而對發電機本身而言，將使發電機端部鐵芯溫度升高而發熱，導致絕緣受損，軸瓦振動過大而損壞。為了吸取教訓，總結經驗，盡量避免此類事故的發生，應采取相應的預防措施。

5.1 加強設備管理和技術監督

加強設備的日常巡檢，重點檢查絕緣瓷瓶是否有裂紋，底腳螺絲是否良好。利用線路開關停役機會統一更換其他存在搭接現象的螺桿。加強金屬技術監督，配合電科院開展瓷瓶超聲波探傷工作。

5.2 合理配置勵磁系統相關保護功能

根據現場情況，合理配置勵磁系統同步相位保護的功能。原同步相位保護功能作用為：勵磁裝置檢測到同步信號相位差偏離90°～150°的范圍，裝置報故障、脈沖故障信號，勵磁系統退出運行。同步相位保護主要考慮保證勵磁系統運行在三相不平衡狀態時，能對勵磁變壓器內部短路起快速保護的作用，而同步相位保護動作后勵磁系統退出運行，對系統原因造成的同步相位保護動作后果欠考慮。根據現場實際情況，可弱化此保護，對同步相位保護功能進行改進，僅起報警作用。對其他機組勵磁系統各參數的配合和保護限制的關系進行核實，對存在的問題進行完善。

5.3 提高專業技術人員業務水平

開展技術人員的專業培訓，使其盡快熟悉、掌握發電機勵磁系統的各項功能，同時提高人員綜合素質，增強快速、準確處理事故的能力。

6 結束語

此次#1機組失磁保護動作是一起勵磁系統保護配置不合理造成的發電機跳閘事件。因此，在確保勵磁系統正常運行的各環節中，不僅要把好硬件質量關，也要在現場投運調試時對軟件性能進行核查，使勵磁系統滿足電網各種工況下的要求，有效保證發電機和電網安全可靠運行。

[1]呂長喜.發電機失磁跳閘原因分析及防止對策[J].電力安全技術,2002，4(3):15-17.

[2]陳濤.一起水輪發電機組失磁故障的綜合分析及處理[J].廣西水利水電,2014(1)：54-57.

[3]蘇有權.一起水輪發電機組失磁保護動作原因分析及處理[J].水電站機電技術,2015，38(3):52-55.

(本文責編：劉芳)

2016-10-27；

2016-12-07

TM 312

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1674-1951(2017)01-0061-02

陳豪杰(1982—)，男，浙江衢州人，工程師，從事水電廠自動控制的設計、安裝、調試、檢修等方面的工作(E-mail:164096729@qq.com)。