關于磽磧水電站失磁保護拒動的分析及處理

謝建榮，鄧叢林

（1.四川華能寶興河水電有限責任公司，四川 雅安 625000；2.中國水電顧問集團成都院，四川 成都 610072）

關于磽磧水電站失磁保護拒動的分析及處理

謝建榮1，鄧叢林2

（1.四川華能寶興河水電有限責任公司，四川 雅安 625000；2.中國水電顧問集團成都院，四川 成都 610072）

摘要：對磽磧水電站3號機9.27勵磁事故進行了情況介紹，對事故原因進行了分析，并提出了處理意見，對今后發電機失磁保護定值整定具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：發電機；繼電保護；失磁保護

0　前言

磽磧水電站位于四川省寶興縣境內青衣江主源寶興河上游，為高壩引水式的電站，是寶興河流域梯級滾動開發規劃“一庫八級”的龍頭水庫電站，工程樞紐由攔河大壩、泄洪洞、放空洞、引水隧洞、調壓井、壓力管道和地下廠房等建筑物組成。電站共裝機3臺，機端電壓為13.8 kV，單機容量80MW，總裝機容量240MW。工程主要任務為單一發電，無航運、漂木、防洪、灌溉等綜合利用要求。

電站3臺機組采用發變組單元接線形式，設發電機出口斷路器，經3臺220 kV主變壓器升壓至開關站，開關站為單母線，含三回進線和兩回出線，一回至民治電站，一回備用。

發電機采用自并勵勵磁系統，機端電壓經勵磁變壓器降壓至功率柜，經整流后為轉子繞組供電。

1　勵磁事故過程情況

2009年9月27日11∶14，3號機組開機，11∶20并網，隨后開始增負荷。

根據許繼電氣股份有限公司的分析報告，在增加負荷的過程中有如下現象：

（1）轉子回路打火；

（2）根據轉子電壓錄波文件來看，從11∶22左右開始到11∶25∶20時間內發生多次間歇性的波形畸變；在11：25∶20之前的時間里勵磁電壓基本保持在110 V到160 V之間的值，在11∶25∶23左右的時候，勵磁電壓突然增大了一倍達到280 V，在11∶25∶20到11∶25∶35時間內勵磁電壓激烈的大幅度波動；

（3）11∶25之后機組的無功功率持續下降，在11∶25∶20開始無功功率急劇下降，在5 s內下降到-65MV，發電機做深度進相運行；

（4）勵磁電流是階段性的增大，說明這個過程是階段性增負荷的過程，在每個負荷值的階段里勵磁電流是穩定的；

（5）定子電流階段性升高，11∶25∶20開始定子電流急劇增大，11∶25∶30達到最大4 900多A，在11∶25∶27左右達到4 100A二次值達到4.1 A；

（6）發電機機端電壓非常穩定，從11∶19∶05 到11∶25∶55時間內保持在13.6~14 kV之間；

（7）勵磁回路碳刷到轉子之間的繼電環有嚴重的灼燒現象（見圖1）；

（8）11∶25∶20主變A套“一側過流保護”動作；11∶25∶30主變B套“一側過流保護”動作跳開主變斷路器；

圖1轉子回路引線到滑環的銅排燒斷

（9）發電機保護沒有動作；

（10）11∶26∶30手動緊急停機。

2　事故原因分析

通過對上述事故過程及各項數據進行分析，事故原因為：

（1）勵磁回路打火處接觸不良，造成過電壓打火；

（2）因為接觸不良導致接觸電阻過大，而勵磁系統是以恒勵磁電流的方式運行的（不同負荷狀態下勵磁電流是不同的，所以勵磁電流波形是平滑的階梯形的），勵磁系統為了保證恒定的勵磁電流，必須要增大勵磁電壓，因此在升負荷過程中勵磁電壓會有畸變；

（3）11∶25∶20時，因勵磁引線燒斷，發電機失磁了，而發電機此時掛在電網上，只能是無功倒送，做進相運行，并且做深度進相，此時發電機定子電流增大，主變的相電流也增大；

（4）對于發電機主保護來說，勵磁引線斷線是發電機外部的故障，發電機主保護不會動作，低電壓閉鎖過流保護因為機端電壓下不來所以過流被閉鎖，定子接地、轉子接地、過電壓、負序過流保護都不會動作，過負荷保護發信段雖滿足過流條件，但滿足時間只有3 s，保護不會動作發信；反時限動作跳閘段，由于時限較長，也不會動作。失磁保護因為機端阻抗未進入到靜穩動作圓內（整定值：Z1B=11.61Ω，深度進相時保護計算的機端阻抗幅值12.66Ω），且勵磁系統強勵，轉子電壓不滿足條件，系統電壓也下不來，因此失磁不會發信及動作跳閘。主變過流保護滿足動作條件（動作電流方向指向變壓器），主變高壓側后備保護一段過流動作，延時0.7 s跳開主變高壓側斷路器，發電機跟電網斷開不再做進相運行，由于發電機自身失磁定子電流消失了，發電機保護還是不會動作。

3　事故結論

在對整個事故過程及事故原因進行詳細分析后，得出結論為：

（1）此次故障是發電機勵磁回路故障導致發電機失磁，使得發電機進相運行造成主變高壓側過流，變壓器過流保護動作。變壓器過流保護先動作，主要是因為主變過流保護作為主變倒送電時主變后備保護，整定值為1.3倍主變高壓側額定電流值，發電機失磁進相運行時，電流值增大滿足動作條件；

（2）因為機端阻抗未進入到靜穩動作圓內，且經過勵磁電壓和機端電壓閉鎖，在整個勵磁斷線失磁故障中，勵磁電壓和機端電壓基本維持不變，不滿足低電壓閉鎖動作條件，因此，發電機失磁保護沒動作。

4　處理意見

在了解事故整個情況后，現場進行了如下處理：

（1）對3號機轉子及定子進行檢查測試，消除其他隱患。

（2）更換損壞的勵磁引線銅排。

（3）對1、2號機轉子引線相應位置的螺絲進行檢查，避免類似情況發生。

（4）保護處理意見：

①主變高壓側過流保護加入復合電壓閉鎖，通過電壓閉鎖防止機組進相過流時主變過流保護越級跳閘，具體定值調整如下：

增加低電壓閉鎖和負序電壓閉鎖；

復壓閉鎖負序相電壓定值：6 V；

復壓閉鎖相間低電壓定值：90 V。

②調整發電機失磁保護動作時限以及機端低電壓定值。在大電網系統運行條件下，發電機勵磁回路斷線失磁時勵磁低電壓和機端低電壓判據很難滿足，為了讓發電機失磁保護能可靠動作，考慮在原有失磁判據基礎上靜穩阻抗圓增加一個長延時段（帶TV斷線閉鎖），經長延時后動作跳閘。長延時整定應按躲開系統振蕩考慮。具體定值調整如下：

靜穩阻抗圓經系統電壓閉鎖段延時由1 s改為0.5 s；

靜穩阻抗圓經勵磁電壓閉鎖段延時由2.5 s改為1 s；

增加不經系統和勵磁電壓閉鎖的靜穩阻抗圓延時2 s跳閘出口；

靜穩阻抗圓Z1B由11.61Ω改為13.49Ω；

系統低電壓整定值由80V改為90 V。

（5）保護廠家根據上述方案，完成相關程序的編寫和保護裝置測試配合工作。

5　結論

通過對此次事故的分析，由于大電網具有很強的電壓支撐作用，加上勵磁系統本身的強勵作用，對于勵磁繞組斷線故障，系統電壓和機端電壓降低幅度不大，因此相關低電壓定值不宜取得過低，同時，水輪發電機失磁保護阻抗圓不宜整定得過小，宜采用靜穩阻抗圓，阻抗圓邊界值根據DL/684中要求整定，另外，根據四川省電網繼電保護專業反事故措施《川電調[2006]96號文》規定，為確保各種失磁故障均能夠切除，失磁保護宜配置一段不經低電壓閉鎖的、稍長延時的定子阻抗判據。

中圖分類號：TM307

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）07-0060-02

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.07.017

收稿日期：2015-04-30

作者簡介：謝建榮（1966-），男，高級技師，主要研究方向:水電站電氣系統運行與管理。