臨界條件下雙套保護報警信號不一致原因分析

薛 麗 麗

(雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都 610051)

1 概 述

錦屏二級水電站總裝機容量8×600 MW。某日該電站收到遠方1號機組電氣停機流程命令，停機過程中1號發電機A套保護報“發電機過勵磁報警”“管理板報警”、“機端TV斷線”，1號發電機B套保護報“機端TV斷線”信號，安控裝置1報“1號發變組高壓側無故障跳閘”。電站安控裝置和發電機保護裝置均為雙重配置，安控裝置型號為南京南瑞穩定控制分公司的SCS-500E，發電機保護裝置型號為南京南瑞繼保工程技術有限公司的RCS-985GW。一般情況下，相同配置的雙重保護或安控裝置動作應一致，而此次停機過程中雙套保護及安控裝置所報信號則不一致，與一般情況有所不同。為了查清信號不一致原因，確保保護裝置及安控裝置的可靠性，故需對此情況進行深入分析。

2 事故分析

2.1 安控裝置2未判斷出1號發變組高壓側無故障跳閘

22︰10︰18集控發電氣停機流程停1號機組，安控裝置1成功判出1號發變組高壓側無故障跳閘，而安控裝置2未判出1號發變組高壓側無故障跳閘。根據《錦蘇直流穩控系統錦東電站安控裝置技術說明書(第三版)》中[1]，機組無故障跳閘判據。機組無故障跳閘邏輯見圖1。

圖1 機組無故障跳閘邏輯圖

其中，△Is=5%In=200 A，Ps1=100 MW，Ps2=40 MW，Is1=120 A，Ts1=20 ms，突變量啟動：△Is=5%In=200 A或△Ps=50 MW。

1號機組停機前后，1號發變組高壓側的電壓電流在安控裝置1內對應的采樣值見表1。

表1 安控裝置1內對應的采樣值

在啟動前200 ms時，P-0.2S=223.9 MW>100 MW(滿足邏輯圖條件三)；

在啟動后10 ms時刻Ic=224 A，30 ms時刻Ic=24 A，Ib=14 A，Ia=12 A，P=0 MW；|It-It-20ms|≥200 A(剛好滿足邏輯圖條件一、二)；Pt

(0 MW)≤Ps2(40 MW)(滿足邏輯圖條件四)；30 ms時刻三相電流均小于Is1(120 A)(滿足邏輯圖條件五)。

機組判無故障跳閘的五個條件均滿足，經跳閘確認時間20 ms判出1號機組無故障跳閘，因此，安控裝置1正確判出無故障跳閘。

1號機組停機前后，1號發變組高壓側的電壓電流在安控裝置2內對應的采樣值見表2。

表2 安控裝置2內對應的采樣值

根據安控裝置2在1號機組停機前后的采樣值，可以看出任一時刻點無法滿足|It-It-20ms|≥200 A的條件，導致安控裝置2無法判斷出機組無故障跳閘。原因為：安控裝置1、2的1號發變組高壓側電流取自不同的CT繞組，加之兩套安控的采樣時間也略有差別，導致電流采樣值不完全相同，任一時段20 ms之內的電流突變量均未滿足≥200 A的條件，而安控裝置1的電流突變量剛好達到臨界值，從而導致安控裝置2無法判斷出機組無故障跳閘，因誤差在合理范圍內，故確定安控裝置2沒有問題。

2.2 1號發電機保護A套過勵磁報警

22︰10︰18遠方發1號機電氣停機流程，22︰10︰19 1號機端斷路器分位到達，22︰10︰19作用于1號機組關導葉，22︰17︰42 1號機滅磁開關分位到達，因此，1號發電機電流為零，1號發電機轉子轉速和頻率不斷下降，1號發電機機端電壓也不斷下降；發電機相電動勢Ep=4.44fNkw1φ，(其中f為頻率；N為發電機每相繞組總匝數；kw1為繞組基波繞組因數；φ為磁通)由于在1號機組停機過程中，1號 機滅磁開關未跳開。根據發電機相電動勢公式，機組頻率下降導致發電機機端電壓下降，此時勵磁調節目標是維持機端電壓不變，勵磁系統將增加勵磁電流進而調節機端電壓，因此，φ磁通量增大，由于勵磁系統調節能力有限，而頻率一直不斷下降，最終發電機相電動勢Ep下降，但機端電壓下降幅度小于頻率變化。當達到過勵磁報警定值1.1時，經過勵磁報警信號延時10 s動作于報警，從而1號發電機A套過勵磁報警。通過分析監控22︰11︰00數據進行佐證：1號發電機機端線電壓、頻率，可以計算出過勵磁倍數為1.1倍，因此，1號發電機保護A套過勵磁保護報警正確。發電機出口電壓、頻率、導葉開度、勵磁電壓、勵磁電流監控采樣表見表3。

表3 1號發電機出口電壓、頻率、導葉開度、勵磁電壓、勵磁電流監控采樣表

2.3 1號發電機保護B套未報過勵磁報警及1號發電機保護A套報管理板報警分析

根據表三監控采樣數據可以計算出過勵磁倍數，在1號發電機保護A套報“過勵磁”信號期間(22︰10︰57～22︰11︰07)，可以看出過勵磁倍數在1.1倍左右變化，處于臨界值附近，同時1號發電機保護A、B套電壓量取自不同的PT，由于不同PT特性差異，保護裝置采樣計算的差異，造成兩套保護過勵磁保護動作情況不一致。因此會出現1號發電機A套保護裝置過勵磁報警，1號發電機保護B套裝置過勵磁不報警。

RCS-985保護裝置包含兩個獨立的CPU系統:低通、AD采樣、保護計算、邏輯輸出完全獨立，CPU2系統作用于啟動繼電器，CPU1系統作用于跳閘矩陣。任一CPU 板故障，裝置閉鎖并報警，杜絕硬件故障引起的誤動。當CPU1板未啟動而CPU2板啟動超過10 s時，裝置將發管理板報警信號。1號發電機A套裝置出現管理板報警的原因是本裝置兩個CPU系統在保護定值臨界值附近動作不一致導致[2]。

2.4 1號發電機保護A、B套報“機端TV斷線”報警分析

在22︰16︰31時刻1號發電機保護A、B套裝置報警“機端TV斷線”，根據機端電壓回路TV斷線報警動作判斷：(1)正序電壓小于18 V，且任一相電流大于0.04In；(2)負序電壓3U2大于8 V，滿足以上任一條件延時10 s發相應TV斷線報警信號，異常消失，延時10 s后信號自動返回[3]。在1號機組停機過程中，1號機端斷路器跳開后，機端、中性點電流消失，因此，不滿足動作判據(1)。經查看1號發電機保護A、B套CPU啟動波形文件分析[4]，機端負序電壓U2在3 V左右，3U2=9 V，滿足負序電壓3U2大于8 V條件，經檢查1號機組故障錄波形，在22︰16︰21時刻U2為3.11 V，3U2=9.33 V，滿足負序電壓3U2大于8 V條件，正確啟動；經10 s延時在22︰16︰31報“機端TV斷線”，1號發電機保護A、B套正確報出；在22︰16︰54時刻U2為2.581，3U2=7.743 V，不滿足負序電壓3U2大于8 V條件，開始返回；經10 s在22︰17︰04(3U2=7.464 V)延時“機端TV斷線”報警復歸。

經查詢監控數據，確認在22︰16︰21發電機頻率已經下降至13.67，由于1號發電機保護A、B套及1號故障錄波裝置采樣頻率均在工頻(50 Hz)下進行采樣，工頻條件下采樣值精確；如果在低頻下進行采樣，采樣值會出現較大偏差。當機組頻率在13.67 Hz時1號發電機保護A、B套及1號故障錄波裝置采樣，將出現三相電壓采樣不準確的問題，即在同一時刻點機端三相電壓采樣變化較大，容易出現三相電壓不平衡，從而導致產生負序電壓(即虛假負序電壓)[5]；在正常停機過程中滅磁開關跳開，機端電壓下降較快并消失，保護及故障錄波裝置在低頻狀態下采樣電壓時間較短，達不到判斷TV斷線延時報警時間10 s，故未報出；但此次1號機滅磁開關在22︰17︰43時刻才斷開，機組機端電壓持續降低時間較長，因此，保護和故障錄波裝置在低頻狀態下采樣時間較長，當采樣的機端三相電壓不平衡度達到3U2>8 V時即延時10 s報出，故1號發電機保護A、B套報“機端TV斷線”報警為正確報出。

3 結 語

經過認真分析對比數據，確認1號機組停機過程中各元件動作正確，裝置報警不一致原因為臨界條件下的采樣偏差，不存在誤動和拒動，動作正確率100%。對于雙重化配置的保護及自動化裝置，在同一系統條件下，因為處于臨界點而造成兩套裝置信號不一致，此時專業人員應全面收集電氣量數據，結合裝置原理進行詳細分析，確保繼電保護及自動化元件動作的準確性，及時發現和處理異常問題，保障設備高可靠性和可利用率。參考文獻：

[1] 南瑞穩定控制分公司．《錦蘇直流穩控系統錦東電站安控裝置技術說明書(第三版)》[R]. 2014.

[2] 南京南瑞繼保電氣有限公司．《RCS-985系列水電機組保護(國內標準版R3.20)》[R].2010.

[3] 薛峰.怎樣分析電力系統故障錄波圖[M]．中國電力出版社,2014，(12):47-57.

[4] 國家電力調度通信中心. 繼電保護培訓教材[M]．中國電力出版社,2010，(6):113-124.

[5] 劉萬順．電力系統故障分析[M]．中國: 北京電力出版社，1998.

[6] 王榮超.雙重化配置的保護動作行為不一致時的分析[J]．電工技術，2018，( 7) : 33-35.