一起典型的機組失磁保護動作行為分析

漳平市華口水電有限公司 江濤

一起典型的機組失磁保護動作行為分析

漳平市華口水電有限公司 江濤

通過引用某電廠一臺發電機組失磁事故的經過，分析失磁保護發信及出口跳閘兩種保護邏輯的構成原理，進而提出失磁保護在擴大單元接線機組應用上的注意事項，探討了目前失磁保護典型配置中存在的問題與改進措施。

勵磁故障；失磁分析；保護行為；邏輯改進

0 引言

某電廠安裝三臺單機容量為14.6MW的貫流式發電機組，每臺機組按照繼電保護典型設計配置有差動、復壓過流、失磁、過電壓、過負荷、勵磁變過流、轉子一點接地、定子一點接地等保護。該電廠通過一條110kV線路送往系統，其中#1、#2機組采用擴大單元接線，#3機組采用單元接線，#1廠變帶#1、#3機組輔機負荷，#2廠變帶#2機組輔機負荷(圖1)，機組均安裝雙微機勵磁裝置，采用全相可控硅自并激方式提供勵磁電源[1]。

1 事故經過

某日，三臺機組滿載運行，電廠運行人員例行開始操作帶載倒換廠用電試驗工作。第一次遠方操作#2廠變低壓側402開關分閘，備用電源自動投入裝置(BZT)動作，403聯絡開關合閘正常，400V廠用電II段未出現擾動，三臺機組運行正常。第二次現地手動斷開403聯絡開關，之后再手動合上402開關，恢復廠用電分裂運行時，廠房聲音突然變響，監控系統顯示“#2發電機電壓越低限”、“#2發電機電流越高限”、“#1發電機電壓越低限”、“#1發電機無功功率越高限”等光字，#2機組電流、有功出現周期性擺動現象，勵磁功率屏上勵磁電流輸出為0，運行人員判斷#2機組失磁，即將其與系統解列。至繼保室檢查，#2機組保護屏上有“失磁保護t1時限發信”、“過負荷”等未復歸光字。

2 失磁原因

#2機組勵磁裝置[2]調節柜內有甲路(DC220V-〉±24V)、乙路(AC220V-〉±24V)兩路開關電源供電，主要為調節器A、B通道、PLC裝置，以及功率柜內的可控硅脈沖控制板提供±24V控制電源。故障后經過檢測，發現甲路已無±24V輸出。根據勵磁裝置供電回路分析判斷：在第二次倒換廠用電，當斷開403，合上402開關這段操作時間內，勵磁裝置外部供電交流電源暫時中斷，乙路開關電源此時由于無外部交流電源，無法輸出±24V電源，導致勵磁裝置脈沖觸發電源消失，全相可控硅導通角瞬間全關，輸出勵磁電流整流電流下降至0，引起#2機組失磁進相、異步運行。

3 保護行為

3.1 阻抗元件動作情況

圖1 某廠主接線示意圖

表1 #2機組失磁保護動作采樣報告

圖2 #2機組失磁軌跡

查閱#2機組發電機失磁保護動作報告[3]，選取動作前5組和動作后10組的典型電氣參數匯總見下表1，每組數據的間隔時間為0.1秒，繪制出#2機組失磁過程機端測量阻抗(圖2)，可見，測量阻抗已進入異步動作圓內[4]。

3.2 失磁保護動作邏輯

#2機組失磁保護實際動作結果是保護裝置已經正確啟動，并在第一時間內失磁t1時限即動作發信，但為什么失磁t2時限保護沒能繼續動作出口呢。原來，該電廠失磁保護為典型配置，其內部保護邏輯如下圖3。

3.3 失磁保護拒動分析

從該保護內部邏輯可以看出：要將失磁機組從系統中切除，須等到失磁t2時限保護出口跳閘才能完成，而且其邏輯必須滿足機端低電壓的條件(85%Un)，否則將被閉鎖。通過對機組失磁保護動作采樣報告進行綜合分析(表1)，可以看到：機組失磁期間，#2機組端電壓下降不大(在5.86kV～6.37kV之間)，導致其機端低電壓條件無法滿足，機組雖然進入失磁阻抗動作園內，但只有t1時限保護發信，而t2時限保護卻被閉鎖，無法跳閘出口。

4 改進措施

從事故經過可以知道，此次#2機組由失磁進相到最后異步運行，持續時間較長，為什么機端電壓下降不大呢。原來#1、#2機組采用擴大單元接線（圖1），事故發生時兩臺機組均滿載運行，在失磁過程中，#1機組強勵動作，一直維持6.3kVI段母線(即機端)電壓在較高水平，導致了#2機組失磁t2時限保護出口跳閘被閉鎖。綜上所述，這種典型的機組失磁保護邏輯應用在機組擴大單元接線上是不盡合理的。

根據GB/T 14285-2006《繼電保護及安全自動裝置技術規程》，發電機的失磁保護應使用能正確區分短路和失磁故障的、具備復合判據的二段式方案。優先采用定子阻抗判據與機端低電壓的復合判據，若與系統聯系較緊密的機組宜將定子阻抗判據整定為異步阻抗圓，經第一時限動作出口；為確保各種失磁故障均能夠切除，宜使用不經低電壓閉鎖的、稍長延時的定子阻抗判據經第二時限出口[6]，如改成以下保護邏輯(圖4)

圖3 機組失磁保護原動作邏輯

圖4 改進后的失磁保護動作邏輯

5 結束語

福建水電資源豐富，各類型水輪發電機組眾多，且大部份容量較小，為節約投資，建設方多采用擴大單元接線以及單條線路方式。由于種種原因，在保護設計和配置上存在一些不合理的地方，上述電廠機組失磁事故十分典型，據了解，目前省內很多同類電廠均存在類似的失磁保護邏輯，具有很好的借鑒意義。有一部份電廠只是自行將機端低電壓閉鎖條件解除(整定時將其定值調成最大)，筆者認為，根據技術規程和國網公司十八項反措要求，對擴大單元接線方式下的機組失磁保護配置，取消其機端低電壓閉鎖是完全必要的，考慮到外部短路、系統振蕩以及電壓回路斷線等情況下保護存在誤動的可能，對擴大單元接線機組，采用一段長延時的不經低電壓閉鎖的純失磁阻抗圓判據經第二時限出口是很有意義的，同時保護邏輯保留一定的閉鎖元件，如定子過流元件等，可以有效解決擴大單元接線方式下失磁保護拒動或誤動的隱患。

[1]大中型水輪發電機自并勵勵磁系統及裝置運行和檢修規程，DL/T 491-2008．

[2]廣州電器研究所，LTW6200水輪發電機組勵磁系統使用說明書．

[3]南京自動化設備總廠，WFBZ-01型微機發變組保護裝置使用說明書．

[4]王維儉，電氣主設備繼電保護原理與應用(第二版)，北京，中國電力出版社，2001．11．

[5]繼電保護及安全自動裝置技術規程，GB/T 14285-2006．

[6]國家能源局，《DL/T 684-2012 大型發電機變壓器繼電保護整定計算導則》，2102．07．