發(fā)電機失磁保護誤動作分析處理

古文新

摘要：由發(fā)電機失磁故障引發(fā)系統(tǒng)性生產(chǎn)事故，一旦發(fā)生失磁，發(fā)電機組必須盡快解列切除，確保供電系統(tǒng)安全運行。另發(fā)電機組突然解列跳機，對于水輪發(fā)電機，由于平均異步轉(zhuǎn)矩最大值小，以及轉(zhuǎn)子在縱軸和橫軸方面不對稱，在重負荷下失磁運行時，也將出現(xiàn)類似情況，這種情況下將有很大甚至超過額定值的電機轉(zhuǎn)矩周期性地作用到發(fā)電機的軸系上，并通過定子傳遞到機座上，此時，轉(zhuǎn)差也作周期性變化，其最大值可能達到4%～5%，發(fā)電機周期性地嚴重超速。這些情況，都直接威脅著機組的安全。對火電機組，又會嚴重危及鍋爐系統(tǒng)、汽輪機系統(tǒng)和煤氣系統(tǒng)的安全運行。本文針對發(fā)電機失磁保護誤動作分析處理開展分析。

關(guān)鍵詞：失磁保護;失磁故障;發(fā)電機運行

1、失磁保護動作情況說明

發(fā)電機在失磁保護動作后，電氣檢修人員立即到現(xiàn)場對失磁跳閘原因進行檢查，發(fā)變組保護裝置、勵磁系統(tǒng)及其他電氣設(shè)備無故障情況發(fā)生，發(fā)電機確實失磁，保護動作正確。調(diào)取了故障錄波器故障波形，進一步分析失磁原因，具體波形見圖1：

圖1 故障濾波圖

通過故障錄波器我們可以看出，在發(fā)電機失磁t2t3保護動作前1.763秒，勵磁電流突然下降，隨之勵磁電壓也隨之下降，在失磁保護動作后2.5秒，發(fā)電機出口斷路器斷開。檢查DCS后臺記錄，在勵磁電壓和電流降低時，發(fā)電機各項指標正常，發(fā)電機有功和無功功率也正常，并無異常波動，在發(fā)電機保護去斷開發(fā)電機出口斷路器的同時，滅磁開關(guān)也同時斷開。

2、失磁動作原因的初步分析與排除

發(fā)電機失磁指發(fā)電機正常運行下，勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)異常或故障使勵磁電壓異常降低或消失，從而導(dǎo)致發(fā)電機與系統(tǒng)間失步。 根據(jù)現(xiàn)場運行情況，可能出現(xiàn)失磁原因有以下 4 種。（1） 發(fā)電機轉(zhuǎn)子清掃后，發(fā)電機振動增大引起碳刷打火，碳刷夾多處頻繁斷裂。（2） 定值變更后，定值計算錯誤。（3）勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)已使用多年，存在一定故障的可能性。（4）微機繼電保護裝置已使用多年，存在一定故障的可能性。基于上述原因，通過改善發(fā)電機振動，減少碳刷打火、碳刷夾斷裂情況，請設(shè)計院重新計算保護定值、勵磁系統(tǒng)進行各項運行檢查試驗、微機繼電保護裝置進行試驗后，失磁動作仍然未消除。 重新梳理發(fā)生失磁動作時的系統(tǒng)運行情況，根據(jù)現(xiàn)場運行人員提供沒有更換變壓器以前偶爾也會失磁動作，只是比較少，每次重新開機又可以正常使用一段時間，再通過分析失磁動作時無功變化，發(fā)現(xiàn)其中規(guī)律，發(fā)電機高負荷運行時與系統(tǒng)內(nèi)有大功率電動機啟動時容易發(fā)生失磁。 根據(jù)這種現(xiàn)象，初步判斷為微機繼電保護方面出現(xiàn)問題，但問題具體出在哪，則進行進一步的分析。

3、誤動作原因的發(fā)現(xiàn)與分析

根據(jù)發(fā)電機的運行時電壓超前電流，保護裝置采用0°接線方式（U ab、I ab）Uab/Iab計算得到大概運行穩(wěn)態(tài)異步阻抗，計算后在第三象限，經(jīng)分析在第三象限代表有功功率、無功功率都為負值，而代表有功功率的負值逆功率保護并未動作，而失磁動作延時期間發(fā)電機組正常運行，不可能出現(xiàn)逆功率，勵磁電壓也正常。根據(jù)上述條件基本判斷失磁為誤動作。通過正常運行時實時數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)Ia為180度角，經(jīng)分析保護電流Ia、Ib、Ic可能接反或接錯，因失磁保護為發(fā)電機重要保護，為進一步查找原因，對發(fā)電機機端與中性點分別加入保護電流，在對比失磁保護用電流，失磁保護用電流與中性點電流方向相同與發(fā)電機機端電流方向相反，檢查保護二次回路，發(fā)現(xiàn)失磁用保護電流確實從發(fā)電機中性點電流互感器引出，A相B相C相相序未接錯，認真核對失磁保護說明，失磁保護并未定義保護電流需采樣發(fā)電機機端電流。基于0°接線方式要求，認定保護電流需采樣于發(fā)電機機端電流。

4、發(fā)電機運行狀態(tài)失磁保護動作判斷依據(jù)及優(yōu)化建議

4.1常見失磁保護動作判斷依據(jù)及問題

國內(nèi)常見的失磁保護判斷依據(jù)主要包括：（1）判斷轉(zhuǎn)子低電壓狀態(tài)，涉及變勵磁電壓、等勵磁電壓等依據(jù);（2）根據(jù)機端定子阻抗判斷，主要判斷依據(jù)為靜穩(wěn)邊界阻抗圓、異步邊界阻抗圓的特性;（3）根據(jù)三相同時低電壓狀態(tài)進行判斷，主要依據(jù)來源于主變高壓側(cè)低電壓、機端低電壓等;（4）根據(jù)逆無功進行判斷。結(jié)合實踐，以上常見的失磁保護判斷并不完善，如利用“轉(zhuǎn)子低壓判斷”作為依據(jù)時，Ui-P判據(jù)較為靈敏。但也正因為它動作迅速、無需轉(zhuǎn)子機械過程的特點，容易出現(xiàn)誤動的現(xiàn)象。此外，如果多個發(fā)電機采取并列運行時，其中某一臺發(fā)電機失磁并不能保障高壓側(cè)母線電壓降低，從而導(dǎo)致判據(jù)不足而不能產(chǎn)生保護動作。

4.2不同發(fā)電機組類型的失磁保護動作判斷優(yōu)化建議

第一，針對失磁保護按照靜穩(wěn)極限阻抗圓設(shè)定的發(fā)電機組而言，由于運行能力存在限制，從而導(dǎo)致保護動作的反應(yīng)敏捷性收到影響。因此，可以對發(fā)電機組進行改造，其失磁保護以異步邊界阻抗圓標準進行調(diào)整。第二，針對運行發(fā)電機組出現(xiàn)額定負荷狀態(tài)下失磁現(xiàn)象，其失磁保護的動作比遲相運行更為快速，可通過額定負荷監(jiān)測、調(diào)整實現(xiàn)需求。第三，針對進行運行發(fā)電機組出現(xiàn)的空載失磁現(xiàn)象及失磁保護反應(yīng)慢的現(xiàn)象，可利用發(fā)電機組增設(shè)逆功率保護解決。尤其為避免運行機組在空載附近呈現(xiàn)的失磁時間較長的特點，通過逆功率保護動作，可以將出現(xiàn)失磁現(xiàn)象的發(fā)電機組從系統(tǒng)中快速切除。此外，也可以依據(jù)靜態(tài)穩(wěn)定極限、異步阻抗等展開失磁保護誤動的優(yōu)化，但側(cè)重大功率、單機型機組，有一定局限性。

結(jié)束語

發(fā)電機失磁保護屬于發(fā)電機繼電保護的一種形式，當發(fā)電機運行時勵磁突然消失或呈現(xiàn)狀態(tài)時，勵磁電流迅速衰減到零位，進而導(dǎo)致發(fā)電機與發(fā)電系統(tǒng)同步脫離，處于保護機制發(fā)電機出口斷路器做出動作，實現(xiàn)發(fā)電機與電網(wǎng)的脫離，從而保護電網(wǎng)安全。結(jié)合實踐，發(fā)電機失磁保護配置一般設(shè)計在保護柜中，勵磁系統(tǒng)的失磁、極限功能是否可以確保發(fā)電機失磁保護判斷正確，則需要保護人員進行驗證。文章中分別介紹了發(fā)電機失磁保護的構(gòu)成、配置模式和出口邏輯，進一步探討不同原理下的發(fā)電機運行失磁保護動作優(yōu)化措施。

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