一起典型的機(jī)組失磁保護(hù)動(dòng)作行為分析

漳平市華口水電有限公司 江濤

一起典型的機(jī)組失磁保護(hù)動(dòng)作行為分析

漳平市華口水電有限公司 江濤

通過(guò)引用某電廠(chǎng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)組失磁事故的經(jīng)過(guò)，分析失磁保護(hù)發(fā)信及出口跳閘兩種保護(hù)邏輯的構(gòu)成原理，進(jìn)而提出失磁保護(hù)在擴(kuò)大單元接線(xiàn)機(jī)組應(yīng)用上的注意事項(xiàng)，探討了目前失磁保護(hù)典型配置中存在的問(wèn)題與改進(jìn)措施。

勵(lì)磁故障；失磁分析；保護(hù)行為；邏輯改進(jìn)

0 引言

某電廠(chǎng)安裝三臺(tái)單機(jī)容量為14.6MW的貫流式發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組按照繼電保護(hù)典型設(shè)計(jì)配置有差動(dòng)、復(fù)壓過(guò)流、失磁、過(guò)電壓、過(guò)負(fù)荷、勵(lì)磁變過(guò)流、轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地、定子一點(diǎn)接地等保護(hù)。該電廠(chǎng)通過(guò)一條110kV線(xiàn)路送往系統(tǒng)，其中#1、#2機(jī)組采用擴(kuò)大單元接線(xiàn)，#3機(jī)組采用單元接線(xiàn)，#1廠(chǎng)變帶#1、#3機(jī)組輔機(jī)負(fù)荷，#2廠(chǎng)變帶#2機(jī)組輔機(jī)負(fù)荷(圖1)，機(jī)組均安裝雙微機(jī)勵(lì)磁裝置，采用全相可控硅自并激方式提供勵(lì)磁電源[1]。

1 事故經(jīng)過(guò)

某日，三臺(tái)機(jī)組滿(mǎn)載運(yùn)行，電廠(chǎng)運(yùn)行人員例行開(kāi)始操作帶載倒換廠(chǎng)用電試驗(yàn)工作。第一次遠(yuǎn)方操作#2廠(chǎng)變低壓側(cè)402開(kāi)關(guān)分閘，備用電源自動(dòng)投入裝置(BZT)動(dòng)作，403聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)合閘正常，400V廠(chǎng)用電II段未出現(xiàn)擾動(dòng)，三臺(tái)機(jī)組運(yùn)行正常。第二次現(xiàn)地手動(dòng)斷開(kāi)403聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，之后再手動(dòng)合上402開(kāi)關(guān)，恢復(fù)廠(chǎng)用電分裂運(yùn)行時(shí)，廠(chǎng)房聲音突然變響，監(jiān)控系統(tǒng)顯示“#2發(fā)電機(jī)電壓越低限”、“#2發(fā)電機(jī)電流越高限”、“#1發(fā)電機(jī)電壓越低限”、“#1發(fā)電機(jī)無(wú)功功率越高限”等光字，#2機(jī)組電流、有功出現(xiàn)周期性擺動(dòng)現(xiàn)象，勵(lì)磁功率屏上勵(lì)磁電流輸出為0，運(yùn)行人員判斷#2機(jī)組失磁，即將其與系統(tǒng)解列。至繼保室檢查，#2機(jī)組保護(hù)屏上有“失磁保護(hù)t1時(shí)限發(fā)信”、“過(guò)負(fù)荷”等未復(fù)歸光字。

2 失磁原因

#2機(jī)組勵(lì)磁裝置[2]調(diào)節(jié)柜內(nèi)有甲路(DC220V-〉±24V)、乙路(AC220V-〉±24V)兩路開(kāi)關(guān)電源供電，主要為調(diào)節(jié)器A、B通道、PLC裝置，以及功率柜內(nèi)的可控硅脈沖控制板提供±24V控制電源。故障后經(jīng)過(guò)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)甲路已無(wú)±24V輸出。根據(jù)勵(lì)磁裝置供電回路分析判斷：在第二次倒換廠(chǎng)用電，當(dāng)斷開(kāi)403，合上402開(kāi)關(guān)這段操作時(shí)間內(nèi)，勵(lì)磁裝置外部供電交流電源暫時(shí)中斷，乙路開(kāi)關(guān)電源此時(shí)由于無(wú)外部交流電源，無(wú)法輸出±24V電源，導(dǎo)致勵(lì)磁裝置脈沖觸發(fā)電源消失，全相可控硅導(dǎo)通角瞬間全關(guān)，輸出勵(lì)磁電流整流電流下降至0，引起#2機(jī)組失磁進(jìn)相、異步運(yùn)行。

3 保護(hù)行為

3.1 阻抗元件動(dòng)作情況

圖1 某廠(chǎng)主接線(xiàn)示意圖

表1 #2機(jī)組失磁保護(hù)動(dòng)作采樣報(bào)告

圖2 #2機(jī)組失磁軌跡

查閱#2機(jī)組發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動(dòng)作報(bào)告[3]，選取動(dòng)作前5組和動(dòng)作后10組的典型電氣參數(shù)匯總見(jiàn)下表1，每組數(shù)據(jù)的間隔時(shí)間為0.1秒，繪制出#2機(jī)組失磁過(guò)程機(jī)端測(cè)量阻抗(圖2)，可見(jiàn)，測(cè)量阻抗已進(jìn)入異步動(dòng)作圓內(nèi)[4]。

3.2 失磁保護(hù)動(dòng)作邏輯

#2機(jī)組失磁保護(hù)實(shí)際動(dòng)作結(jié)果是保護(hù)裝置已經(jīng)正確啟動(dòng)，并在第一時(shí)間內(nèi)失磁t1時(shí)限即動(dòng)作發(fā)信，但為什么失磁t2時(shí)限保護(hù)沒(méi)能繼續(xù)動(dòng)作出口呢。原來(lái)，該電廠(chǎng)失磁保護(hù)為典型配置，其內(nèi)部保護(hù)邏輯如下圖3。

3.3 失磁保護(hù)拒動(dòng)分析

從該保護(hù)內(nèi)部邏輯可以看出：要將失磁機(jī)組從系統(tǒng)中切除，須等到失磁t2時(shí)限保護(hù)出口跳閘才能完成，而且其邏輯必須滿(mǎn)足機(jī)端低電壓的條件(85%Un)，否則將被閉鎖。通過(guò)對(duì)機(jī)組失磁保護(hù)動(dòng)作采樣報(bào)告進(jìn)行綜合分析(表1)，可以看到：機(jī)組失磁期間，#2機(jī)組端電壓下降不大(在5.86kV～6.37kV之間)，導(dǎo)致其機(jī)端低電壓條件無(wú)法滿(mǎn)足，機(jī)組雖然進(jìn)入失磁阻抗動(dòng)作園內(nèi)，但只有t1時(shí)限保護(hù)發(fā)信，而t2時(shí)限保護(hù)卻被閉鎖，無(wú)法跳閘出口。

4 改進(jìn)措施

從事故經(jīng)過(guò)可以知道，此次#2機(jī)組由失磁進(jìn)相到最后異步運(yùn)行，持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，為什么機(jī)端電壓下降不大呢。原來(lái)#1、#2機(jī)組采用擴(kuò)大單元接線(xiàn)（圖1），事故發(fā)生時(shí)兩臺(tái)機(jī)組均滿(mǎn)載運(yùn)行，在失磁過(guò)程中，#1機(jī)組強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作，一直維持6.3kVI段母線(xiàn)(即機(jī)端)電壓在較高水平，導(dǎo)致了#2機(jī)組失磁t2時(shí)限保護(hù)出口跳閘被閉鎖。綜上所述，這種典型的機(jī)組失磁保護(hù)邏輯應(yīng)用在機(jī)組擴(kuò)大單元接線(xiàn)上是不盡合理的。

根據(jù)GB/T 14285-2006《繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》，發(fā)電機(jī)的失磁保護(hù)應(yīng)使用能正確區(qū)分短路和失磁故障的、具備復(fù)合判據(jù)的二段式方案。優(yōu)先采用定子阻抗判據(jù)與機(jī)端低電壓的復(fù)合判據(jù)，若與系統(tǒng)聯(lián)系較緊密的機(jī)組宜將定子阻抗判據(jù)整定為異步阻抗圓，經(jīng)第一時(shí)限動(dòng)作出口；為確保各種失磁故障均能夠切除，宜使用不經(jīng)低電壓閉鎖的、稍長(zhǎng)延時(shí)的定子阻抗判據(jù)經(jīng)第二時(shí)限出口[6]，如改成以下保護(hù)邏輯(圖4)

圖3 機(jī)組失磁保護(hù)原動(dòng)作邏輯

圖4 改進(jìn)后的失磁保護(hù)動(dòng)作邏輯

5 結(jié)束語(yǔ)

福建水電資源豐富，各類(lèi)型水輪發(fā)電機(jī)組眾多，且大部份容量較小，為節(jié)約投資，建設(shè)方多采用擴(kuò)大單元接線(xiàn)以及單條線(xiàn)路方式。由于種種原因，在保護(hù)設(shè)計(jì)和配置上存在一些不合理的地方，上述電廠(chǎng)機(jī)組失磁事故十分典型，據(jù)了解，目前省內(nèi)很多同類(lèi)電廠(chǎng)均存在類(lèi)似的失磁保護(hù)邏輯，具有很好的借鑒意義。有一部份電廠(chǎng)只是自行將機(jī)端低電壓閉鎖條件解除(整定時(shí)將其定值調(diào)成最大)，筆者認(rèn)為，根據(jù)技術(shù)規(guī)程和國(guó)網(wǎng)公司十八項(xiàng)反措要求，對(duì)擴(kuò)大單元接線(xiàn)方式下的機(jī)組失磁保護(hù)配置，取消其機(jī)端低電壓閉鎖是完全必要的，考慮到外部短路、系統(tǒng)振蕩以及電壓回路斷線(xiàn)等情況下保護(hù)存在誤動(dòng)的可能，對(duì)擴(kuò)大單元接線(xiàn)機(jī)組，采用一段長(zhǎng)延時(shí)的不經(jīng)低電壓閉鎖的純失磁阻抗圓判據(jù)經(jīng)第二時(shí)限出口是很有意義的，同時(shí)保護(hù)邏輯保留一定的閉鎖元件，如定子過(guò)流元件等，可以有效解決擴(kuò)大單元接線(xiàn)方式下失磁保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)的隱患。

[1]大中型水輪發(fā)電機(jī)自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)及裝置運(yùn)行和檢修規(guī)程，DL/T 491-2008．

[2]廣州電器研究所，LTW6200水輪發(fā)電機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)使用說(shuō)明書(shū)．

[3]南京自動(dòng)化設(shè)備總廠(chǎng)，WFBZ-01型微機(jī)發(fā)變組保護(hù)裝置使用說(shuō)明書(shū)．

[4]王維儉，電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用(第二版)，北京，中國(guó)電力出版社，2001．11．

[5]繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程，GB/T 14285-2006．

[6]國(guó)家能源局，《DL/T 684-2012 大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則》，2102．07．