一起發(fā)電機(jī)保護(hù)定值計(jì)算錯(cuò)誤引起的勵(lì)磁過(guò)負(fù)荷報(bào)警分析

， ， ，，，

(錦屏水力發(fā)電廠，四川 西昌 615000)

0 引 言

繼電保護(hù)裝置作為保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的最后一道保護(hù)屏障，有選擇性地、可靠地、快速地對(duì)故障進(jìn)行隔離，能有效地防止事故擴(kuò)大。但繼電保護(hù)裝置如何動(dòng)作、如何配合是由保護(hù)定值來(lái)控制的，一旦定值整定出現(xiàn)錯(cuò)誤或是在定值的執(zhí)行、管理過(guò)程中出現(xiàn)任何漏洞都將給電力系統(tǒng)帶來(lái)巨大的隱患，甚至發(fā)展為事故。

通過(guò)介紹現(xiàn)場(chǎng)一起由于定值整定計(jì)算錯(cuò)誤引起發(fā)電機(jī)勵(lì)磁過(guò)負(fù)荷報(bào)警現(xiàn)象、危害、處理過(guò)程，由此提出相關(guān)的防范措施。

1 勵(lì)磁系統(tǒng)保護(hù)配置情況

某電廠發(fā)電機(jī)型號(hào)為HLV97-LJ-655，額定容量為600 MW，機(jī)端電壓20 kV，采用自并勵(lì)的勵(lì)磁方式。勵(lì)磁系統(tǒng)配置兩套獨(dú)立的電氣量保護(hù)，具體保護(hù)包括勵(lì)磁變差動(dòng)保護(hù)、勵(lì)磁過(guò)流保護(hù)、勵(lì)磁過(guò)負(fù)荷保護(hù)。發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁部分保護(hù)按兩塊屏配置，各配置一套R(shí)CS-985GW發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置。其中勵(lì)磁變壓器差動(dòng)保護(hù)主要反應(yīng)勵(lì)磁變壓器內(nèi)部故障；勵(lì)磁過(guò)流保護(hù)主要反應(yīng)勵(lì)磁變壓器外部的過(guò)流故障；勵(lì)磁過(guò)負(fù)荷保護(hù)反應(yīng)勵(lì)磁變壓器繞組的平均發(fā)熱狀況，為充分利用勵(lì)磁變壓器的過(guò)負(fù)荷能力[1]，勵(lì)磁過(guò)負(fù)荷定時(shí)限保護(hù)只投信號(hào)，反時(shí)限投跳閘。

2 事件現(xiàn)象

2013年1月17日07：51，CCS報(bào)警：“1號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)B套保護(hù)裝置報(bào)警、B套勵(lì)磁過(guò)負(fù)荷報(bào)警、A套保護(hù)裝置報(bào)警、A套勵(lì)磁過(guò)負(fù)荷報(bào)警”；2號(hào)機(jī)組報(bào)警同1號(hào)機(jī)組。07:56，1號(hào)、2號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置與CCS上報(bào)警信號(hào)均自動(dòng)復(fù)歸。09:11，CCS再次報(bào)與07:51相同事件，報(bào)警信號(hào)瞬時(shí)復(fù)歸。

3 事件分析與處理

3.1 現(xiàn)場(chǎng)檢查

09:21，現(xiàn)場(chǎng)檢修人員現(xiàn)地檢查發(fā)現(xiàn)1號(hào)發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置與CCS上報(bào)警信號(hào)一致，1號(hào)發(fā)電機(jī)有功為601.3 MW，無(wú)功為102.4 Mvar，勵(lì)磁電流為2 440.7 A，2號(hào)發(fā)電機(jī)有功為602.1 MW，無(wú)功為108.5 Mvar，勵(lì)磁電流為2 448.9 A。

3.2 事件分析

經(jīng)查看機(jī)組故障錄波連續(xù)錄波文件發(fā)現(xiàn)，在CCS報(bào)警時(shí)1號(hào)、2號(hào)勵(lì)磁變壓器高壓側(cè)電流(二次值)均在0.21～0.23 A之間變化，由于勵(lì)磁過(guò)負(fù)荷定時(shí)限報(bào)警電流定值為0.21 A，故1號(hào)、2號(hào)發(fā)電機(jī)保護(hù)報(bào)警正確。

經(jīng)詢(xún)問(wèn)運(yùn)行值班人員得知?jiǎng)?lì)磁過(guò)負(fù)荷期間對(duì)側(cè)換流站正在進(jìn)行直流負(fù)荷調(diào)整，負(fù)荷增加約為300 MW，相應(yīng)無(wú)功增加約為150 MW，07:51報(bào)警時(shí)1號(hào)機(jī)組無(wú)功120.3 Mvar、2號(hào)機(jī)組無(wú)功118.6 Mvar。09:11報(bào)警時(shí)1號(hào)機(jī)組無(wú)功130.4 Mvar、2號(hào)機(jī)組無(wú)131.6 Mvar，1號(hào)機(jī)勵(lì)磁電流瞬時(shí)最大2 495 A、2號(hào)機(jī)勵(lì)磁電流瞬時(shí)最大2 506 A。而兩臺(tái)機(jī)組在換流站負(fù)荷調(diào)整前無(wú)功均在100 Mvar左右，故判定由于發(fā)電機(jī)感性無(wú)功增加導(dǎo)致勵(lì)磁電流增加，從而導(dǎo)致勵(lì)磁過(guò)負(fù)荷報(bào)警。

通過(guò)向自動(dòng)班核實(shí)得知發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流2 126 A為發(fā)電機(jī)功率因數(shù)為1.0時(shí)的額定勵(lì)磁電流值，此時(shí)發(fā)電機(jī)僅發(fā)出有功不發(fā)無(wú)功。當(dāng)發(fā)電機(jī)在功率因素滯后的工況下運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)電樞電流為去磁電流[2]， 此時(shí)為維持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓不變，發(fā)電機(jī)需過(guò)勵(lì)運(yùn)行，即增加勵(lì)磁電流。而機(jī)組在額定功率因素(0.9滯后)的運(yùn)行工況下，額定 勵(lì) 磁 電 流 為2 790 A。現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)電機(jī)滿負(fù)荷時(shí)勵(lì)磁電流為2 442 A，未達(dá)到額定勵(lì)磁電流，故保護(hù)裝置本不應(yīng)報(bào)警。經(jīng)核查定值單和定值計(jì)算書(shū)，發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁過(guò)負(fù)荷保護(hù)計(jì)算用的額定電流在功率因素為1.0時(shí)的額定電流，使得計(jì)算出的保護(hù)定值偏小，導(dǎo)致保護(hù)裝置報(bào)警。

3.3 勵(lì)磁繞組反時(shí)限過(guò)負(fù)荷保護(hù)原理

勵(lì)磁繞組反時(shí)限保護(hù)由以下3部分組成：下限啟動(dòng)部分、反時(shí)限部分、上限定時(shí)限部分。上限定時(shí)限部分設(shè)最小動(dòng)作時(shí)間定值。

當(dāng)勵(lì)磁回路電流超過(guò)下限整定值I1szd時(shí)，反時(shí)限保護(hù)起動(dòng)，開(kāi)始熱積累，反時(shí)限保護(hù)熱積累值大于熱積累定值保護(hù)發(fā)出跳閘信號(hào)。反時(shí)限保護(hù)能模擬勵(lì)磁繞組過(guò)負(fù)荷的熱積累過(guò)程及散熱過(guò)程。

反時(shí)限動(dòng)作曲線如圖1，反時(shí)限動(dòng)作方程為

[(I1/Ijz)2-1]×t≥KLzd

(1)

式中,I1為勵(lì)磁回路電流；Ijz為勵(lì)磁回路反時(shí)限基準(zhǔn)電流；KLzd為勵(lì)磁繞組熱容量系數(shù)定值。

圖1中，tmin為反時(shí)限上限延時(shí)定值，tmax為反時(shí)限下限延時(shí)，I1szd為反時(shí)限起動(dòng)定值，I1h為上限電流值。

圖1 勵(lì)磁繞組過(guò)負(fù)荷反時(shí)限動(dòng)作曲線

3.4 勵(lì)磁后備保護(hù)及過(guò)負(fù)荷定值整定計(jì)算

使用額定勵(lì)磁電流為2 790 A計(jì)算出的勵(lì)磁后備保護(hù)定值和過(guò)負(fù)荷保護(hù)定值。

表1 勵(lì)磁系統(tǒng)保護(hù)計(jì)算參數(shù)

3.4.1 勵(lì)磁后備保護(hù)過(guò)流Ⅱ段保護(hù)(躲過(guò)強(qiáng)勵(lì)磁時(shí)的電流)

保護(hù)動(dòng)作電流為勵(lì)磁變壓器高壓側(cè)電流。

強(qiáng)勵(lì)時(shí)變壓器高壓側(cè)一次電流[3]為

Iff.t=KreNIf/nT

(2)

將表1中的數(shù)據(jù)代入公式(2)中，計(jì)算得出強(qiáng)勵(lì)時(shí)變壓器一次電流為149.14 A。

保護(hù)動(dòng)作電流為

Idz=Kre1Iff.t/(nTAKd0)

(3)

取可靠系數(shù)Krel=1.2，返回系數(shù)Kdo=0.95，計(jì)算得出勵(lì)磁后備保護(hù)過(guò)流Ⅱ段保護(hù)定值為0.63 A。

該保護(hù)動(dòng)作延時(shí)：t=2 s，動(dòng)作于停機(jī)、滅磁和跳發(fā)電機(jī)出口斷路器，啟動(dòng)發(fā)電機(jī)斷路器失靈保護(hù)和故障錄波。

3.4.2 勵(lì)磁繞組過(guò)負(fù)荷保護(hù)

(1)定時(shí)限報(bào)警段定值

勵(lì)磁繞組額定運(yùn)行條件下，勵(lì)磁變壓器高壓側(cè)一次電流為

Ie1=KrelIf/nT

(4)

將表1中數(shù)值代入公式(4)中，計(jì)算出Ie1為

74.57 A。

勵(lì)磁繞組熱過(guò)負(fù)荷定時(shí)限報(bào)警段定值為

I2=Kre1Ie1/(nTAKdo)

(4)

取可靠系數(shù)Kre1=1.2，返回系數(shù)Kdo=0.95，計(jì)算得出I2為0.27 A。

該保護(hù)延時(shí)5 s，動(dòng)作于發(fā)信，啟動(dòng)故障錄波。

(2)反時(shí)限整定值(用熱過(guò)負(fù)荷保護(hù)實(shí)現(xiàn))

反時(shí)限啟動(dòng)定值：I3=1.05×I2=1.05×0.27=0.29 A；

反時(shí)限上限時(shí)間定值為10 s；

轉(zhuǎn)子繞組過(guò)熱常數(shù)：C′=[(Ifd/Ijz)2-1]t，按強(qiáng)勵(lì)磁2If時(shí)，允許運(yùn)行50 s，則C′=(22-1)×50=150；

勵(lì)磁繞組熱容量：C=0.8C′=0.8×150=120；

反時(shí)限基準(zhǔn)電流：Ijz=Ie1/nTA=74.57/300=

0.25 A(取正常額定電流)。

該保護(hù)動(dòng)作于發(fā)信，跳滅磁開(kāi)關(guān)和發(fā)電機(jī)出口斷路器，啟動(dòng)發(fā)電機(jī)斷路器失靈保護(hù)和故障錄波。

表2 保護(hù)定值對(duì)比 (A)

3.5 現(xiàn)場(chǎng)處理

當(dāng)勵(lì)磁變壓器高壓側(cè)勵(lì)磁電流(二次值)達(dá)到反時(shí)限啟動(dòng)電流值0.22 A時(shí)，對(duì)應(yīng)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流為2 469.5 A。即若發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流大于2 469.5 A時(shí)，勵(lì)磁過(guò)負(fù)荷保護(hù)啟動(dòng)，開(kāi)始對(duì)勵(lì)磁繞組進(jìn)行熱積累計(jì)算，若勵(lì)磁電流持續(xù)大于2 469.5 A，當(dāng)達(dá)到勵(lì)磁繞組熱容量定值120時(shí)保護(hù)動(dòng)作于跳閘。反時(shí)限勵(lì)磁過(guò)負(fù)荷保護(hù)邏輯詳見(jiàn)圖2。

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁繞組熱容量已經(jīng)積累到103，已經(jīng)接近跳閘熱容量定值。

檢修人員檢查出問(wèn)題所在后，通知運(yùn)行人員加強(qiáng)監(jiān)視，將勵(lì)磁電流盡量控制在2 469.5 A以下。檢修人員立即將現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的勵(lì)磁后備保護(hù)及過(guò)負(fù)荷保護(hù)計(jì)算參數(shù)使用有誤的問(wèn)題反饋至定值計(jì)算單位，要求計(jì)算單位盡快核算勵(lì)磁后備保護(hù)、勵(lì)磁繞組過(guò)負(fù)荷保護(hù)定值并下發(fā)最新定值。在最新定值下發(fā)后，經(jīng)安全生產(chǎn)技術(shù)部批準(zhǔn)，檢修人員將勵(lì)磁后備保護(hù)、勵(lì)磁繞組過(guò)負(fù)荷保護(hù)定值進(jìn)行修改，消除了勵(lì)磁繞組過(guò)負(fù)荷可能導(dǎo)致機(jī)組跳閘的隱患。

圖2 反時(shí)限勵(lì)磁繞組過(guò)負(fù)荷保護(hù)邏輯框圖

4 事件后的思考

4.1 事件的嚴(yán)重后果

該事件及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理，避免了機(jī)組跳閘的可能。若事件發(fā)生后運(yùn)行人員未對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流進(jìn)行控制，或在對(duì)勵(lì)磁電流進(jìn)行控制后，系統(tǒng)發(fā)生故障，調(diào)度要求機(jī)組強(qiáng)勵(lì)磁，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，此時(shí)將增加勵(lì)磁電流，屆時(shí)保護(hù)裝置將一定報(bào)“勵(lì)磁過(guò)負(fù)荷報(bào)警”，且進(jìn)行勵(lì)磁繞組熱積累。若在機(jī)組強(qiáng)勵(lì)保系統(tǒng)電壓時(shí)機(jī)組又跳閘，此時(shí)將加重系統(tǒng)的故障，可能引起系統(tǒng)電壓嚴(yán)重的波動(dòng)。

4.2 對(duì)策及建議

(1)首先，定值計(jì)算是決定保護(hù)裝置正確動(dòng)作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。定值計(jì)算人員應(yīng)具備高度的工作責(zé)任心。其次整定計(jì)算工作應(yīng)嚴(yán)格遵守計(jì)算原則和相應(yīng)導(dǎo)則，按照保護(hù)說(shuō)明書(shū)要求進(jìn)行定值整定，以保證保護(hù)裝置滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動(dòng)性的要求。

(2)定值計(jì)算單位應(yīng)多與現(xiàn)場(chǎng)人員溝通，詳盡地閱讀、了解被保護(hù)設(shè)備的有關(guān)資料，確保計(jì)算使用的參數(shù)正確完備。

(3)現(xiàn)場(chǎng)定值單的執(zhí)行必須規(guī)范仔細(xì)。現(xiàn)場(chǎng)人員不僅要核算定值計(jì)算方法、過(guò)程，同樣要檢查計(jì)算參數(shù)的正確性。尤其對(duì)于新建、在建電站的電廠自管定值更應(yīng)仔細(xì)核查，規(guī)范執(zhí)行定值單。

[1] 能源部西北電力設(shè)計(jì)院.電力工程電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)2：電氣二次部分[M].北京：中國(guó)電力出版社，1991：641-650.

[2] 辜承林，陳喬夫，熊永前.電機(jī)學(xué)[M].北京：華中科技大學(xué)出版社，2005：328-336.