關(guān)于桐柏1號機組失磁保護動作淺析

鄭柏青

(華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責任公司，浙江天臺317200)

0 設(shè)備概況

桐柏抽水蓄能電站位于浙江省天臺縣境內(nèi)的始豐溪支流百丈溪上，距天臺縣城7km。電站總裝機容量為1200MW，單機容量為300MW，共4臺機組。抽水蓄能電站與常規(guī)機組相比較，運行工況較多，有發(fā)電、發(fā)電調(diào)相、抽水、抽水調(diào)相等數(shù)種工況。為保證機組可靠運行，4臺機組均配置了ELIN的DRS保護裝置，配備了西門子公司的SIMEASR數(shù)字故障和電能質(zhì)量錄波器。機組設(shè)置失磁保護(40G-A、40M-A)，作為防止機組在任何運行工況中勵磁電流過低或勵磁電流突然消失，導致機組從系統(tǒng)中吸收大量的無功功率造成嚴重定子過流發(fā)熱以及轉(zhuǎn)子線圈局部過熱甚至失穩(wěn)異步運行的保護，設(shè)置了發(fā)電方向和抽水方向兩套獨立失磁保護，該保護分兩段動作，長延時動作判據(jù)為功角過大，短延時動作判據(jù)為功角過大與勵磁電流過小。機組勵磁采用自并勵靜止整流勵磁系統(tǒng)。設(shè)置了兩套獨立的自動調(diào)節(jié)通道(通道1和通道2，此次保護動作時，勵磁在通道2運行)，兩套調(diào)節(jié)通道互為熱備用、相互自動跟蹤。兩套調(diào)節(jié)通道能手動進行切換，并在運行通道故障或機端電壓采樣故障時自動切換至備用通道。為了檢測兩套通道的完好情況應對勵磁調(diào)節(jié)器的主備用通道進行定期切換。勵磁調(diào)節(jié)器采用GMR3型數(shù)字電壓調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器由下列組件組成:①電源板NGT2，為調(diào)節(jié)器各組件供電；電源板IWN_B，為調(diào)節(jié)器內(nèi)部的輸入/輸出回路供電；②主處理器板MRB3，實現(xiàn)自動電壓調(diào)節(jié)、各種限制功能、附加的調(diào)節(jié)功能以及勵磁的整個控制邏輯；③子處理器和信號處理板PGS3，由3個子處理器組成(子處理器A用于門脈沖控制，子處理器B用于手動電流調(diào)節(jié)，子處理器C用于測量值的處理)；④通訊板LCOM，實現(xiàn)調(diào)節(jié)器內(nèi)部以及與監(jiān)控系統(tǒng)的通訊；⑤測量值轉(zhuǎn)換板IWK2，將來自傳感器的測量值轉(zhuǎn)換為調(diào)節(jié)器的輸入電平；⑥現(xiàn)地運行操作終端ELTERMGMR，用于現(xiàn)地操作，參數(shù)、故障信息的顯示。

1 失磁保護動作現(xiàn)象

某日凌晨01∶00點，桐柏500kV系統(tǒng)5051開關(guān)、5054開關(guān)及橋引線5012開關(guān)均正常運行，1～4號主變正常運行，1號、2號、3號3臺機組抽水工況穩(wěn)態(tài)運行，4號機組備用，廠用電分段運行。其中1號機于00:14:59抽水調(diào)相開機，00:21:55并網(wǎng)，00:34:43轉(zhuǎn)抽水，00:36:13抽水穩(wěn)態(tài)運行。01:09:59時，上位機發(fā)現(xiàn)廠用電系統(tǒng)中，上庫和下庫400V備自投動作信號；01:10:04時，1號機保護A組電動工況失磁保護40M-AⅡ段動作、1號機A組保護事故信號跳閘、1號機保護停機1跳閘、1號機發(fā)電機出口開關(guān)位置分閘；1號機事故停機后，控制室值班人員馬上匯報了華東網(wǎng)調(diào)，并申請4號機抽水開機轉(zhuǎn)移負荷，得到網(wǎng)調(diào)同意，4號機啟動運行正常。現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)1號機GCB、ECB已經(jīng)分閘，A組保護盤面上:40M-A(失磁保護)紅燈、黃燈亮，21.1G/M-A(低阻抗保護)黃燈亮；B組保護盤面上:46.11M-B(負序過流保護)黃燈亮；機組現(xiàn)地控制盤LCU1觸摸屏無反應；1號機勵磁存在外部報警信號(externaltrip.)。

從監(jiān)控調(diào)取的事件記錄摘要如下:

01:10:02 .9601號機電壓>90%否

01:10:03 .2271號機A組保護電動工況失磁保護40MI段啟動

01:10:03 .2271號機A組保護電動工況失磁保護40M II段啟動

01:10:04 .2271號機A組保護電動工況失磁保護40M II段動作

01:10:04 .2891號機發(fā)電機出口開關(guān)分閘

01:10:04 .2921號機滅磁開關(guān)分閘

2 原因分析

現(xiàn)場運行人員對1號機相關(guān)一次設(shè)備外觀檢查情況均正常。檢修人員聽取運行人員對事故情況的初步匯報，聯(lián)系當時運行方式下機組運行情況，通過自身多年事故處理經(jīng)驗判斷，懷疑保護誤動的可能性較大。于是由現(xiàn)場運行人員將1號機A、B兩套保護壓板全取下，解除1號機保護出口回路，檢修人員用繼電保護校驗儀加入三相正序電壓(加入三相相電壓的二次值為57.73V)，從保護裝置讀取機端線電壓值為99.8V，同樣也對相關(guān)電流回路也進行采樣試驗。試驗結(jié)果表明1號機A、B套保護的電壓、電流采樣回路情況均正常；在加電氣量的同時，對保護裝置背板的數(shù)據(jù)排線也進行了檢查，情況正常。因此排除了由于保護裝置或數(shù)據(jù)排線故障引起保護動作的可能性，即保護并非誤動。

隨后從監(jiān)控調(diào)取1號機失磁保護動作出口跳機時所有相關(guān)電氣量曲線時，發(fā)現(xiàn)其中的無功曲線(見圖1)非常特別。曲線上顯示1號機無功于01:09:56開始進相，由22.22Mvar迅速進相至-255.39Mvar(01:10:04)，進相程度很深，而且進相速度非常快，僅8s內(nèi)進相約278Mvar，每秒34Mvar左右；1號機機端電壓也從正常值下降到85%額定值左右。而且在失磁保護動作前，由于1號機組深度進相導致的系統(tǒng)電壓下降，從廠用電400V系統(tǒng)中部分備自投動作也能得到印證。通過對上位機信號及1號機相關(guān)電氣量數(shù)據(jù)查詢，初步判斷是由于無功深度進相引起機端電壓快速下降，從而導致機組失磁保護動作出口。

圖1 1號機無功曲線

作出初步判斷后，檢修人員立即調(diào)取1號機保護裝置錄波圖形見圖2:

從錄波圖形中可知，在失磁保護動作前，1號機機端電壓一直在下降(與正常值相比下降約13V(二次值))，機端電流一直在上升。失磁保護動作瞬間，UBC=82.28∠135°，IA=0.975∠0°A(以上均為二次值)，根據(jù)桐柏失磁保護原理計算此時的阻抗值得:Z=UBC/IA/57.73=1.47∠135°Ω，根據(jù)桐柏失磁保護的整定值，該阻抗值已經(jīng)進入了整定阻抗圓，于是保護出口跳閘。

圖2 1號機保護裝置錄波圖形

由此，判定此次1號機失磁保護動作的原因是:1號機在抽水工況運行過程中，勵磁系統(tǒng)收到的無功設(shè)定值無故發(fā)生了變化，導致1號機無功深度進相，從而使1號機機端電壓下降、機端電流上升，失磁保護的測量阻抗值進入失磁保護整定阻抗圓，失磁保護動作。因為當時1號機勵磁調(diào)節(jié)器是在通道2運行，于是對通道2進行檢查，發(fā)現(xiàn)勵磁調(diào)節(jié)器通道2的LOCM板已經(jīng)損壞，直接導致勵磁系統(tǒng)內(nèi)外部通訊均中斷，勵磁系統(tǒng)丟失了外部(監(jiān)控)送來的無功設(shè)定值，也無法收到勵磁系統(tǒng)內(nèi)部的無功初始設(shè)定值，從而使機組在抽水工況下深度進相運行，直至失磁保護動作出口。

采取措施:更換1號機勵磁調(diào)節(jié)器通道2的LCOM板，并修改勵磁程序中的設(shè)定，將無功設(shè)定值是否有效的門檻值P58由+0.1001提高到+0.33。這樣即使再發(fā)生類似情況，機組的進相也不會太大，不會造成機組失磁保護動作。

4 結(jié)論

雖然此次1號機失磁保護動作出口跳機的原因很明確，勵磁調(diào)節(jié)器LCOM板工作異常，使勵磁系統(tǒng)收到的無功設(shè)定值無故發(fā)生了變化，是失磁保護動作的直接原因；事故處理過程也很順利；但最后采取的防范措施總讓人感覺不踏實，LCOM板工作異常能導致無功設(shè)定值丟失甚至變化，是否也會導致門檻值丟失或變化呢？P58原先設(shè)定值為+0.1001，對應的機組無功進相下限值是-240Mvar，但實際進相深度達-255.39Mvar，門檻值似乎并沒有起到限制進相深度的作用；換板之后僅增加門檻值還是值得商榷的，還需要聯(lián)系勵磁調(diào)節(jié)器廠家，要求其給出明確的解釋。