25 MW發(fā)電機組失磁保護動作原因分析與處理

呂 欣

（遼寧省機關事務管理局省政府大院電力管理所，遼寧沈陽 110032）

引言

某冶金企業(yè)進一步挖掘節(jié)能減排潛力，進行富余煤氣循環(huán)綜合回收利用，投運130 t/h高溫高壓煤氣鍋爐生產(chǎn)蒸汽拖動高爐AV50汽動鼓風機和25 MW發(fā)電機組同時運行，常規(guī)下，180 m2燒結主抽風機7400 kW電動機由燒結二線啟動正常運行后并列倒閘至燒結一線運行，即為25 MW發(fā)電機組提供穩(wěn)定用電負荷，又可防止大功率電動機啟動沖擊供電系統(tǒng)，2017年5月8日，受負荷平衡限制，決定由燒結一線直接啟動主抽風機，燒結一線及其系統(tǒng)參數(shù)具備啟動條件，但啟動過程中主抽風機啟動正常、運行無問題，25 MW發(fā)電機組保護裝置DCAP3080報失磁保護動作，發(fā)電機跳閘解列。

2 工況概述

2.1 運行方式

常規(guī)下，66/6 kV總降變電站66 kV工鐵一、二線分帶1#和2#主變及其所帶6 kVⅠ段和Ⅱ段母線運行，25 MW發(fā)電機組通過聯(lián)絡線并網(wǎng)于6 kVⅡ段母線，6 kVⅡ段母線燒結一線帶180 m2燒結主抽風機7400 kW電動機運行，主接線示意如圖1。

2.2 主要設備工況

25 MW發(fā)電機組在生產(chǎn)節(jié)奏穩(wěn)定、富余煤氣充足、鍋爐和汽輪機系統(tǒng)運行正常情況下運行效率可達80%，發(fā)電有功功率達20000 kW，按功率因數(shù)在0.8～0.95之間運行考慮，發(fā)電容量約為24000 kVA，25 MW發(fā)電機組參數(shù)如下：

型號：QFW-25-2；

額定功率：25 MW；

功率因數(shù)：0.8；

額定電壓：6.3 kV；

額定電流：2863.92 A；

同步電抗（Xd）：2.2492；

瞬態(tài)電抗（Xd′）：0.2128。

2#主變額定容量為31500 kVA，25 MW發(fā)電機組停機或事故跳閘時，2#主變負載將達約36000 kVA，負載率將達約115%（小于變壓器允許短時過載值），需應急將主抽風機并列倒閘至燒結二線，負載率降為87%，25 MW發(fā)電機組并網(wǎng)發(fā)電時，負載率可控制在11%～87%之間，既不造成功率倒送地區(qū)電網(wǎng)，形成功率穿越運行，也可實現(xiàn)變壓器在經(jīng)濟運行負載范圍內(nèi)運行。2#主變參數(shù)如下：

型號：SZ11-31500/66；

電壓組合：（66±8×1.25%）6.6 kV；

容量：31500 kVA；

聯(lián)接組別：YN，d11；

一次主分接：66kV/275.6A；

二次：6.6kV/2755.6A；

空載電流：0.15%；

空載損耗：22.20 kW；

阻抗電壓：9.09%；

負載損耗：117.74 kW。

主抽風機7400 kW電動機采用液阻降壓方式啟動，啟動電流約在3300～3500 A之間，啟動電流比較平穩(wěn)，啟動時間約在49～56 s之間，供電系統(tǒng)啟動電壓降約在0.6～1 kV之間，電壓降比為15%左右，啟動過程比較平滑，主抽風機參數(shù)如下：

型號：TD-7400-6；

額定功率：7400 kW；

功率因數(shù)：0.9；

額定電壓：6.3 kV；

額定電流：753.53 A。

圖1 主接線示意圖

3 失磁保護動作

2017年5月8日17時47分52秒，25 MW發(fā)電機組保護裝置DCAP3080報失磁保護動作，發(fā)電機組跳閘解列。

3.1 失磁保護配置

25 MW發(fā)電機組采用DCAP3080微機綜合阻抗型失磁保護裝置，該裝置適用于6～35 kV或66 kV中性點不接地系統(tǒng)，作為發(fā)電機的保護、測量、控制單元。

保護動作延時按發(fā)電機組安全所允許的無勵磁異步運行時間整定。

失磁保護整定值：Xa=1.72，Xb=36.27失磁保護延時取0.5 s。

3.2 數(shù)據(jù)采集

保護動作前正常運行時，相電壓、線電壓、相電流及其角度顯示數(shù)據(jù)如表1。

表1 保護動作前電壓電流運行數(shù)據(jù)

失磁保護動作時，相電壓、線電壓、相電流報文顯示數(shù)據(jù)如表2。

表2 保護動作時電壓電流報文數(shù)據(jù)

3.3 動作原因分析

3.3.1 初步數(shù)據(jù)分析

根據(jù)失磁保護動作前正常運行時的電量數(shù)據(jù)反映，相電流角度滯后相電壓210°，判斷為電流極性接反所致，實際情況應是相電流滯后相電壓30°左右。

根據(jù)失磁保護動作時的報文電量數(shù)據(jù)反映，A相電壓降低，B相和C相電壓升高，線電壓均未變化，判斷為當時系統(tǒng)附近有A相接地情況。

3.3.2 綜合分析

DCAP3080保護裝置的失磁保護工作原理是通過判斷發(fā)電機機端電壓與機端電流的計算機端等效阻抗，發(fā)電機發(fā)生低勵、失磁故障后，機端阻抗會落入定值劃定的異步阻抗圓內(nèi)，進而保護啟動動作于跳閘。

發(fā)電機正常運行時，機端阻抗應該在第一象限。根據(jù)采集數(shù)據(jù)分析判斷，25 MW發(fā)電機二次回路電流極性接反，導致發(fā)電機正常運行時計算的機端阻抗落在了第三象限，且緊鄰動作圓邊界。本次發(fā)生失磁保護動作時，能源電力調(diào)度安排采用6 kVⅡ段母線燒結一線供電啟動180 m2燒結主抽風機7400 kW電動機，25 MW發(fā)電機通過聯(lián)絡線并網(wǎng)于6 kVⅡ段母線，雖然供電系統(tǒng)容量及相關運行數(shù)據(jù)均滿足主抽風機啟動條件，但由于大功率電動機啟動時，瞬時大量吸收系統(tǒng)無功功率，系統(tǒng)電壓降低，造成發(fā)電機阻抗角度上偏，阻抗變小，落入失磁保護動作區(qū)阻抗圓內(nèi)，滿足失磁保護動作條件，直接導致保護動作，發(fā)電機組跳閘解列。

另外根據(jù)失磁保護動作時的報文數(shù)據(jù)分析，在保護動作時系統(tǒng)存在A相接地的情況。

4 問題處理

經(jīng)核查發(fā)電機二次電流電流回路的接線，確認本次25 MW發(fā)電機組發(fā)生失磁保護動作跳閘的原因是發(fā)電機二次回路三相保護電流極性接反所致，保護裝置功能正常，啟動180 m2燒結主抽風機7400 kW電動機只是誘因，并非問題所在，改正電流極性，相電壓、線電壓、相電流及其角度數(shù)據(jù)正常無問題。

鑒于可能存在的系統(tǒng)A相接地問題，25 MW發(fā)電機組并網(wǎng)前測試并網(wǎng)聯(lián)絡線絕緣情況，發(fā)現(xiàn)A相4根單芯電纜絕緣不良且搖表指針不穩(wěn)，通過高壓試驗進一步核實A相單芯電纜中存在一根絕緣不良的電纜，經(jīng)處理后送電并網(wǎng)。

5 結束語

冶金企業(yè)總降變電站主變?nèi)萘坑邢蓿?5 MW機組基本與31500 kVA主變等容量運行，失磁故障將造成系統(tǒng)無功功率不足，電壓下降，嚴重時將造成供電系統(tǒng)的電壓崩潰，直接影響高爐電動鼓風機、變頻器及軋鋼工序生產(chǎn)等，由發(fā)電機失磁故障引發(fā)系統(tǒng)性生產(chǎn)事故，一旦發(fā)生失磁，發(fā)電機必須盡快解列切除，確保供電系統(tǒng)安全運行，另發(fā)電機組突然解列跳機，又會嚴重危及鍋爐系統(tǒng)、汽輪機系統(tǒng)和煤氣系統(tǒng)的安全運行。

綜合上述，發(fā)電機組容量占系統(tǒng)容量比例不宜過大，一旦機組失磁解列，將造成系統(tǒng)有功功率供給不足，如不切除或失磁保護未動作，系統(tǒng)將因無功功率不足而崩潰，為此建議選擇并網(wǎng)發(fā)電機組的單機容量小于系統(tǒng)總容量的5%～7%。

[1]范天明，曹強.TRT機組失磁保護動作機組跳閘原因及解決措施[J]. 冶金動力，2009（6）：44-48.

[2]劉一丹，張小易，崔曉祥.火電廠發(fā)電機失磁保護阻抗判據(jù)的探討[J]. 電力系統(tǒng)保護與控制，2010，38（20）：235-237.