25 MW發電機組失磁保護動作原因分析與處理

呂 欣

（遼寧省機關事務管理局省政府大院電力管理所，遼寧沈陽 110032）

引言

某冶金企業進一步挖掘節能減排潛力，進行富余煤氣循環綜合回收利用，投運130 t/h高溫高壓煤氣鍋爐生產蒸汽拖動高爐AV50汽動鼓風機和25 MW發電機組同時運行，常規下，180 m2燒結主抽風機7400 kW電動機由燒結二線啟動正常運行后并列倒閘至燒結一線運行，即為25 MW發電機組提供穩定用電負荷，又可防止大功率電動機啟動沖擊供電系統，2017年5月8日，受負荷平衡限制，決定由燒結一線直接啟動主抽風機，燒結一線及其系統參數具備啟動條件，但啟動過程中主抽風機啟動正常、運行無問題，25 MW發電機組保護裝置DCAP3080報失磁保護動作，發電機跳閘解列。

2 工況概述

2.1 運行方式

常規下，66/6 kV總降變電站66 kV工鐵一、二線分帶1#和2#主變及其所帶6 kVⅠ段和Ⅱ段母線運行，25 MW發電機組通過聯絡線并網于6 kVⅡ段母線，6 kVⅡ段母線燒結一線帶180 m2燒結主抽風機7400 kW電動機運行，主接線示意如圖1。

2.2 主要設備工況

25 MW發電機組在生產節奏穩定、富余煤氣充足、鍋爐和汽輪機系統運行正常情況下運行效率可達80%，發電有功功率達20000 kW，按功率因數在0.8～0.95之間運行考慮，發電容量約為24000 kVA，25 MW發電機組參數如下：

型號：QFW-25-2；

額定功率：25 MW；

功率因數：0.8；

額定電壓：6.3 kV；

額定電流：2863.92 A；

同步電抗（Xd）：2.2492；

瞬態電抗（Xd′）：0.2128。

2#主變額定容量為31500 kVA，25 MW發電機組停機或事故跳閘時，2#主變負載將達約36000 kVA，負載率將達約115%（小于變壓器允許短時過載值），需應急將主抽風機并列倒閘至燒結二線，負載率降為87%，25 MW發電機組并網發電時，負載率可控制在11%～87%之間，既不造成功率倒送地區電網，形成功率穿越運行，也可實現變壓器在經濟運行負載范圍內運行。2#主變參數如下：

型號：SZ11-31500/66；

電壓組合：（66±8×1.25%）6.6 kV；

容量：31500 kVA；

聯接組別：YN，d11；

一次主分接：66kV/275.6A；

二次：6.6kV/2755.6A；

空載電流：0.15%；

空載損耗：22.20 kW；

阻抗電壓：9.09%；

負載損耗：117.74 kW。

主抽風機7400 kW電動機采用液阻降壓方式啟動，啟動電流約在3300～3500 A之間，啟動電流比較平穩，啟動時間約在49～56 s之間，供電系統啟動電壓降約在0.6～1 kV之間，電壓降比為15%左右，啟動過程比較平滑，主抽風機參數如下：

型號：TD-7400-6；

額定功率：7400 kW；

功率因數：0.9；

額定電壓：6.3 kV；

額定電流：753.53 A。

圖1 主接線示意圖

3 失磁保護動作

2017年5月8日17時47分52秒，25 MW發電機組保護裝置DCAP3080報失磁保護動作，發電機組跳閘解列。

3.1 失磁保護配置

25 MW發電機組采用DCAP3080微機綜合阻抗型失磁保護裝置，該裝置適用于6～35 kV或66 kV中性點不接地系統，作為發電機的保護、測量、控制單元。

保護動作延時按發電機組安全所允許的無勵磁異步運行時間整定。

失磁保護整定值：Xa=1.72，Xb=36.27失磁保護延時取0.5 s。

3.2 數據采集

保護動作前正常運行時，相電壓、線電壓、相電流及其角度顯示數據如表1。

表1 保護動作前電壓電流運行數據

失磁保護動作時，相電壓、線電壓、相電流報文顯示數據如表2。

表2 保護動作時電壓電流報文數據

3.3 動作原因分析

3.3.1 初步數據分析

根據失磁保護動作前正常運行時的電量數據反映，相電流角度滯后相電壓210°，判斷為電流極性接反所致，實際情況應是相電流滯后相電壓30°左右。

根據失磁保護動作時的報文電量數據反映，A相電壓降低，B相和C相電壓升高，線電壓均未變化，判斷為當時系統附近有A相接地情況。

3.3.2 綜合分析

DCAP3080保護裝置的失磁保護工作原理是通過判斷發電機機端電壓與機端電流的計算機端等效阻抗，發電機發生低勵、失磁故障后，機端阻抗會落入定值劃定的異步阻抗圓內，進而保護啟動動作于跳閘。

發電機正常運行時，機端阻抗應該在第一象限。根據采集數據分析判斷，25 MW發電機二次回路電流極性接反，導致發電機正常運行時計算的機端阻抗落在了第三象限，且緊鄰動作圓邊界。本次發生失磁保護動作時，能源電力調度安排采用6 kVⅡ段母線燒結一線供電啟動180 m2燒結主抽風機7400 kW電動機，25 MW發電機通過聯絡線并網于6 kVⅡ段母線，雖然供電系統容量及相關運行數據均滿足主抽風機啟動條件，但由于大功率電動機啟動時，瞬時大量吸收系統無功功率，系統電壓降低，造成發電機阻抗角度上偏，阻抗變小，落入失磁保護動作區阻抗圓內，滿足失磁保護動作條件，直接導致保護動作，發電機組跳閘解列。

另外根據失磁保護動作時的報文數據分析，在保護動作時系統存在A相接地的情況。

4 問題處理

經核查發電機二次電流電流回路的接線，確認本次25 MW發電機組發生失磁保護動作跳閘的原因是發電機二次回路三相保護電流極性接反所致，保護裝置功能正常，啟動180 m2燒結主抽風機7400 kW電動機只是誘因，并非問題所在，改正電流極性，相電壓、線電壓、相電流及其角度數據正常無問題。

鑒于可能存在的系統A相接地問題，25 MW發電機組并網前測試并網聯絡線絕緣情況，發現A相4根單芯電纜絕緣不良且搖表指針不穩，通過高壓試驗進一步核實A相單芯電纜中存在一根絕緣不良的電纜，經處理后送電并網。

5 結束語

冶金企業總降變電站主變容量有限，25 MW機組基本與31500 kVA主變等容量運行，失磁故障將造成系統無功功率不足，電壓下降，嚴重時將造成供電系統的電壓崩潰，直接影響高爐電動鼓風機、變頻器及軋鋼工序生產等，由發電機失磁故障引發系統性生產事故，一旦發生失磁，發電機必須盡快解列切除，確保供電系統安全運行，另發電機組突然解列跳機，又會嚴重危及鍋爐系統、汽輪機系統和煤氣系統的安全運行。

綜合上述，發電機組容量占系統容量比例不宜過大，一旦機組失磁解列，將造成系統有功功率供給不足，如不切除或失磁保護未動作，系統將因無功功率不足而崩潰，為此建議選擇并網發電機組的單機容量小于系統總容量的5%～7%。

[1]范天明，曹強.TRT機組失磁保護動作機組跳閘原因及解決措施[J]. 冶金動力，2009（6）：44-48.

[2]劉一丹，張小易，崔曉祥.火電廠發電機失磁保護阻抗判據的探討[J]. 電力系統保護與控制，2010，38（20）：235-237.