一次發電機失磁保護拒動事故的分析

徐金+仇孝國

摘 要

本文對某電廠在發電機失磁事故后失磁保護拒動的案例進行了詳細分析，分析了失磁保護拒動的原因，進一步分析了失磁保護轉子低電壓判據的應用注意事項，對于失磁保護轉子低電壓判據的整定以及轉子電壓回路接線情況具有指導意義。

【關鍵詞】失磁保護 轉子低電壓判據 轉子電壓回路接線

失磁保護一般采用靜穩邊界圓或者異步邊界圓的阻抗判據為主判據，通過機端阻抗的變化來鑒別正常運行和失磁故障。為了增加阻抗繼電器的可靠性，失磁保護還必須利用其它特征量作為輔助判據。由于勵磁電壓下降是造成發電機失磁的直接原因，因為可以把勵磁電壓下降作為失磁保護的一個判據。但是轉子低電壓判據整定不當、或者轉子電壓接線不合適，也會導致失磁保護拒動。本文結合對某水電廠一臺機組發生失磁故障而失磁保護拒動的案例分析，對失磁保護轉子低電壓判據的整定以及使用情況作了分析。

1 事故簡要介紹

2015年，某水電廠#3機組準備停機，運行人員將負荷降低2000KW（約5%額定有功），監控上位機發“停機”令后，由于#3機組現地LCU開入模塊未正確反映機端斷路器（以下稱GCB）處于合閘位置，監控誤判為GCB已分閘，未執行GCB跳閘令，監控直接將滅磁開關分閘，導致#3機組發生失磁故障。發電機失磁以后，失磁保護并未動作停機，約8分鐘后運行人員發現機組運行狀態異常并手動緊急停機。

該機組失磁保護定值設置情況如下：阻抗圓判據選擇靜穩圓，阻抗Z1=6.60Ω∠90?，Z2=-53Ω∠-90?，機端低電壓定值90V，無功反向判據-15%的額定有功，轉子低電壓定值62V。機組失磁時機端阻抗約為8Ω∠-85?，機組進相約為-33Mvar（約-77%的Pn），機端線電壓二次值約為88V，勵磁電壓（以下也稱轉子電壓）約370V。

2 失磁保護拒動原因分析

根據事故發生時記錄的數據可知，發電機在失磁運行期間，除了轉子低電壓判據以外，其他失磁保護投入的判據均已滿足。由于失磁保護轉子低電壓判據與其他判據是與門關系，故本次機組失磁故障，失磁保護拒動的原因是：失磁定值中投入了轉子低電壓判據且事故過程中轉子低電壓判據一直不滿足條件。

事故后根據監控系統記錄看，滅磁開關分開后，轉子電流逐步衰減到0，機端電壓開始下降，因勵磁系統控制方式為機端電壓閉環，故勵磁系統開始強勵，勵磁整流后的電壓升高到370V左右，但因滅磁開關實際是斷開的，故轉子上仍然沒有勵磁電流，機組持續處于失磁狀態，勵磁系統電壓一直維持在較高的水平。經過比較，勵磁系統記錄的勵磁電壓和保護裝置記錄的勵磁電壓大小相同，可知保護裝置采樣測量正常，即失磁拒動非保護裝置本身故障導致。

3 轉子低電壓判據不滿足原因分析

根據滅磁開關分閘后，保護裝置測量的轉子電壓與勵磁系統記錄的勵磁電壓相等，但與轉子繞組上的電壓不等這一現象，推測保護用的勵磁電壓接線應取自滅磁開關的整流橋這一側。在滅磁開關分開以后，轉子繞組上的勵磁電壓實際衰減到0，但是整流橋側因勵磁調節器的強勵，勵磁電壓處于很高的水平，故經轉子低電壓閉鎖的失磁保護不可能動作。實際現場檢查發現，失磁保護用的轉子電壓接線確實接在滅磁開關的整流橋一側。現場轉子電壓接線原理示意圖如圖1所示。

本次失磁事故發電機失磁保護未能及時動作，其原因就是失磁保護的轉子電壓接線是取自勵磁系統的整流橋側，導致在滅磁開關分開以后，提供給保護裝置的轉子電壓并非轉子繞組兩端的電壓。

4 失磁保護轉子低電壓判據的應用分析

失磁保護中的主判據一般選擇為機端阻抗判據，輔助判據可選無功反向判據、機端或者母線低電壓判據、轉子低電壓判據等，其中轉子電壓作為轉子勵磁電流大小的直接表征量，能夠直觀的反映機組失磁時的轉子電壓降低這一明顯特征，故失磁保護投入轉子低電壓判據是合理的。但按照失磁保護的要求，轉子電壓應當正確反映“轉子繞組”上的勵磁電壓，而并非“勵磁系統”的勵磁電壓。在正常運行工況下，滅磁開關處于合閘位置，勵磁系統的勵磁電壓和轉子繞組的轉子電壓是相同的，但是在滅磁開關分開以后，兩者可能并不相同。如果轉子電壓接線是接在轉子繞組兩端，則在滅磁開關分開以后，失磁保護測量的轉子電壓應該是先是比較大的負值的勵磁電壓，之后快速衰減到0，失磁保護的轉子低電壓判據可靠滿足，失磁保護將可靠動作。

5 失磁保護轉子電壓判據的優化方案

通過上述事故案例分析總結可知，失磁保護轉子低電壓判據在應用時應注意采用以下優化方案：

方案1：失磁保護轉子電壓應取自滅磁開關靠轉子繞組一側。

方案2：在不確定失磁保護轉子電壓接線是否正確的情況下，宜將失磁保護最后一段整定為不經過轉子低電壓閉鎖，延時整定需可靠躲過系統最大振蕩周期。

參考文獻

[1]電力主設備繼電保護原理與應用[M].北京：中國電力出版社，2001.

作者簡介

徐金（1979-），男，工程師，從事電力系統繼電保護工作。

仇孝國（1982-），男，工程師，從事電力系統繼電保護、調度自動化工作。

作者單位

南京南瑞繼保電氣有限公司 江蘇省南京市 211100endprint