發(fā)電機(jī)過(guò)激磁保護(hù)跳閘案例分析

劉財(cái)碧

【摘要】：本文針對(duì)某發(fā)電廠(chǎng)600MW發(fā)電機(jī)在一次測(cè)量軸承振動(dòng)與勵(lì)磁電流關(guān)系的試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)生發(fā)電機(jī)過(guò)激磁保護(hù)動(dòng)作跳閘事件，從保護(hù)原理和保護(hù)動(dòng)作情況等，分析、闡述了發(fā)電機(jī)過(guò)激磁保護(hù)動(dòng)作的原因，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采取了可行的防范措施，以供借鑒參考。

【關(guān)鍵詞】：發(fā)電機(jī);過(guò)激磁保護(hù);原因分析;防范措施

前言

某發(fā)電廠(chǎng)#62發(fā)電機(jī)采用東方電機(jī)廠(chǎng)生產(chǎn)的QFSN-600-2-22C型發(fā)電機(jī)，額定容量為600MW，額定無(wú)功功率為291MVar，額定定子電壓為22kV，額定勵(lì)磁電流4387.4A，采用同步發(fā)電機(jī)機(jī)端自并勵(lì)靜止勵(lì)磁調(diào)節(jié)方式。因#62機(jī)組在一次大修后#7、#8軸承運(yùn)行中瓦振偏大，即發(fā)電機(jī)功率高于500MW時(shí)，#7瓦、#8瓦振動(dòng)超過(guò)50微米。根據(jù)東方汽輪機(jī)廠(chǎng)家振動(dòng)專(zhuān)業(yè)人員建議，應(yīng)開(kāi)展測(cè)試#62機(jī)軸振與勵(lì)磁電流關(guān)系的試驗(yàn)，以驗(yàn)明#62機(jī)組#7、#8軸振與勵(lì)磁電流變化有無(wú)關(guān)系。試驗(yàn)前，該發(fā)電廠(chǎng)制定了《運(yùn)行中測(cè)試#62機(jī)組軸振與勵(lì)磁電流關(guān)系的技術(shù)方案》，并如期按該方案做#62發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流變動(dòng)對(duì)發(fā)電機(jī)軸振的影響試驗(yàn)。在試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)生了發(fā)電機(jī)反時(shí)限過(guò)激磁保護(hù)動(dòng)作將機(jī)組跳閘事件。

【正文】

一、事件概述

某日，該發(fā)電廠(chǎng)#62機(jī)正常運(yùn)行，發(fā)電負(fù)荷有功功率570MW，無(wú)功功率8.9MVar，勵(lì)磁電流3250A，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓22.03kV。發(fā)變組保護(hù)為兩套國(guó)電南自DGT801A系列微機(jī)保護(hù)裝置，運(yùn)行正常，無(wú)異常報(bào)警信號(hào)。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器運(yùn)行模式為恒機(jī)端電壓自動(dòng)調(diào)節(jié)方式。當(dāng)班值班員根據(jù)《運(yùn)行中測(cè)試#62機(jī)組軸振與勵(lì)磁電流關(guān)系的技術(shù)方案》安排，將#62發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流由3250A增加至3480A，從DCS上監(jiān)測(cè)到發(fā)電機(jī)端電壓22.3kV，無(wú)功功率69MVar，檢查集控室立屏及DCS系統(tǒng)所有光字牌無(wú)異常報(bào)警現(xiàn)象。記錄下#7及#8瓦振與軸振后，繼續(xù)做試驗(yàn)。當(dāng)#62發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流增加至3651A，從DCS上監(jiān)測(cè)到發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓22.6kV，無(wú)功功率121MVar時(shí)，#62機(jī)組發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作跳閘，首出原因?yàn)?62發(fā)變組保護(hù)B屏反時(shí)限過(guò)激磁保護(hù)動(dòng)作，立即按#62機(jī)組事故跳閘緊急停機(jī)處理。

二、保護(hù)動(dòng)作原因查找情況

隨后經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)#62機(jī)組一次設(shè)備異常，查閱機(jī)組故障錄波裝置錄取的發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓曲線(xiàn)及機(jī)組保護(hù)動(dòng)作記錄，過(guò)激磁保護(hù)動(dòng)作倍數(shù)折算成發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓值與機(jī)組故障錄波裝置采集的機(jī)端電壓值一致。初步分析認(rèn)為是由于試驗(yàn)過(guò)程中增加勵(lì)磁電流導(dǎo)致無(wú)功功率增加，從而使機(jī)端電壓升高達(dá)到發(fā)電機(jī)過(guò)激磁保護(hù)反時(shí)限I段定值而動(dòng)作跳閘。

（一）機(jī)組故障錄波裝置檢查情況。

故障時(shí)刻11：35，故障錄波裝置采集到發(fā)電機(jī)機(jī)端三相的相電壓分別為Ua=13.63kV，Ub=13.62kV，Uc=13.62kV，折算成線(xiàn)電壓由? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?公式Ul= Uph，算得三相線(xiàn)電壓分別為UA=13.63×1.732=23.61kV，UB=13.62×1.732=23.59kV，UC=13.62×1.732=23.59kV，而發(fā)電機(jī)額定電壓為22kV。

（二）發(fā)變組保護(hù)屏動(dòng)作記錄檢查情況。

發(fā)變組保護(hù)B屏過(guò)激磁保護(hù)反時(shí)限I段動(dòng)作，CPUA、CPUB保護(hù)動(dòng)作參數(shù)分別為1.0737倍、1.0733倍，動(dòng)作值折算成線(xiàn)電壓分別是23.62kV、23.61kV。A屏過(guò)激磁保護(hù)反時(shí)限I段未動(dòng)作，后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)由于B屏“過(guò)激磁”保護(hù)已先于A屏“過(guò)激磁”保護(hù)動(dòng)作致使機(jī)組解列滅磁，故A屏保護(hù)未正常動(dòng)作。

（三）發(fā)變組保護(hù)屏定值檢查情況。

核查該發(fā)電廠(chǎng)下達(dá)的發(fā)電機(jī)過(guò)激磁保護(hù)定值單：定時(shí)限段1.07倍，9S動(dòng)作于報(bào)警且減勵(lì)磁;反時(shí)限段均動(dòng)作于解列滅磁，第一段保護(hù)定值Uf1=1.08，tf1=40S，第二段保護(hù)定值Uf2=1.09，tf2=25S。

事故發(fā)生后，檢查發(fā)變組保護(hù)A屏及B屏“過(guò)激磁”保護(hù)定值，發(fā)現(xiàn)兩套“過(guò)激磁”的定時(shí)限報(bào)警值均大于反時(shí)限I段跳閘值，該保護(hù)被技術(shù)人員實(shí)際整定成為：定時(shí)限段1.08倍，9S動(dòng)作于報(bào)警且減勵(lì)磁;反時(shí)限段均動(dòng)作于跳閘，但第一段保護(hù)定值Uf1=1.07，tf1=40S（以下各段保護(hù)定值單定值與保護(hù)裝置內(nèi)的整定值一致）。可見(jiàn)，繼保技術(shù)人員在輸入發(fā)變組A、B屏過(guò)激磁保護(hù)定值單時(shí)，將過(guò)激磁定時(shí)限段的1.07倍與反時(shí)限段的定值1.08倍輸入混淆，致使保護(hù)過(guò)激磁倍數(shù)在參數(shù)分別為1.0737倍、1.0733倍時(shí)引起反時(shí)限I段動(dòng)作使機(jī)組跳閘。

（四）DCS顯示故障錄波裝置采集的機(jī)端電壓檢查情況

DCS顯示發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓22.6kV，查故障時(shí)刻DCS歷史曲線(xiàn)顯示與機(jī)組故障錄波裝置采集的機(jī)端電壓（23.6kV）相差1kV。

對(duì)DCS操作員站發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓采集回路進(jìn)行了檢查并緊固端子;對(duì)機(jī)端電壓變送器、故障錄波、發(fā)變組保護(hù)A屏共用的發(fā)電機(jī)出口PT（TV2-1），以及發(fā)變組保護(hù)B屏用PT（TV3-1）進(jìn)行外觀檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。#62機(jī)組重新開(kāi)機(jī)建壓后，檢查DCS顯示發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓與機(jī)組故障錄波裝置采集到的發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓顯示一致且正常。

（五）#62發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置限制器動(dòng)作檢查情況。

經(jīng)核實(shí)，#62發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置限制器并未起到限制保護(hù)作用，其原因是#62發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)V/Hz 限制值為1.6倍，大于發(fā)變組過(guò)激磁保護(hù)限制值，導(dǎo)致了發(fā)變組保護(hù)B屏過(guò)激磁保護(hù)反時(shí)限I段動(dòng)作將機(jī)組跳閘。

三、本次過(guò)激磁保護(hù)動(dòng)作原因分析及暴露出的問(wèn)題

（一）“過(guò)激磁”保護(hù)動(dòng)作原因分析

1、電壓監(jiān)視回路出現(xiàn)異常

試驗(yàn)期間DCS上顯示的機(jī)端電壓最高值22.6kV，與發(fā)變組保護(hù)B屏以及故障錄波采集到的23.6kV值出現(xiàn)了1kV的偏差，由于DCS上顯示發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓出現(xiàn)異常，而試驗(yàn)人員以DCS顯示數(shù)據(jù)作為試驗(yàn)進(jìn)行的依據(jù)，導(dǎo)致試驗(yàn)人員繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，從而導(dǎo)致過(guò)激磁保護(hù)動(dòng)作。

2、過(guò)激磁保護(hù)報(bào)警值高于跳閘值

發(fā)電機(jī)變壓器過(guò)激磁保護(hù)，是由定時(shí)限和反時(shí)限過(guò)激磁保護(hù)組成，整定值應(yīng)按發(fā)電機(jī)變壓器過(guò)勵(lì)磁能力較低的要求整定。具體整定計(jì)算過(guò)程如下：

發(fā)電機(jī)或變壓器運(yùn)行時(shí)，其感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)或輸入端的電壓

U=4.44×2πfWSB? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（式1）

式中U—發(fā)電機(jī)機(jī)端或電源電壓;

W—繞組匝數(shù);

S—變壓器或發(fā)電機(jī)定子鐵芯的有效截面積;

f—電源頻率;

B—鐵芯中的磁密度。

由于繞組匝數(shù)W，鐵芯截面S均為定數(shù)，故將（式1）簡(jiǎn)化為

式中 K——常數(shù)， 。

由（式2）可以看出，變壓器鐵芯中的磁密度，與電源電壓成正比，與電源的頻率成反比。即電源的升高和頻率的減低，均會(huì)造成鐵芯中的磁密度增大，進(jìn)而產(chǎn)生過(guò)激磁。

變壓器和發(fā)電機(jī)的過(guò)激磁保護(hù)就是根據(jù)上述原理構(gòu)成的。

在發(fā)電機(jī)及變壓器過(guò)激磁保護(hù)中，采用一個(gè)重要的物理量，稱(chēng)之為過(guò)激磁倍數(shù)。設(shè)過(guò)激磁倍數(shù)為n，它等于鐵芯中的實(shí)際磁密度B與額定工作磁密度 之比，即

式中 、 —發(fā)電機(jī)變壓器的額定電壓、頻率;

U、f—發(fā)電機(jī)變壓器的運(yùn)行電壓、頻率;

U*、F*—發(fā)電機(jī)變壓器電壓、頻率的標(biāo)幺值;

B、 —磁通量、額定磁通量;

n—過(guò)激磁倍數(shù);

變壓器過(guò)激磁時(shí)，n>1。n值越大，過(guò)激磁倍數(shù)越高，對(duì)發(fā)電機(jī)變壓器的危害越嚴(yán)重。

為有效保護(hù)發(fā)電機(jī)和變壓器，定時(shí)限保護(hù)動(dòng)作于告警信號(hào)及減勵(lì)磁（發(fā)電機(jī)）;反時(shí)限保護(hù)動(dòng)作去切除發(fā)變組。其動(dòng)作方程如下：

n—測(cè)量過(guò)激磁倍數(shù);

—過(guò)激磁元件動(dòng)作倍數(shù)低定值，定時(shí)限元件啟動(dòng)值;

—過(guò)激磁元件動(dòng)作倍數(shù)高定值，反時(shí)限元件啟動(dòng)值。

定時(shí)限過(guò)激磁元件動(dòng)作過(guò)激磁倍數(shù)的整定值，應(yīng)按躲過(guò)正常運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)或變壓器鐵芯中出線(xiàn)的最大工作磁密來(lái)整定。正常運(yùn)行時(shí)，變壓器的電壓最高為額定電壓的1.05倍，系統(tǒng)最低頻率最低為49.5Hz，因此，鐵芯中最大的工作磁密為額定工作磁密的1.06倍，定時(shí)限元件的動(dòng)作過(guò)激磁倍數(shù)應(yīng)為

式中? —定時(shí)限元件動(dòng)作過(guò)激磁倍數(shù)整定值;

—可靠系數(shù)，取1.05;

—返回系數(shù)，微機(jī)保護(hù)取0.95～0.98。

代入（式4）中得

=1.1～1.2

所以，定時(shí)限元件動(dòng)作過(guò)激磁倍數(shù)取1.1～1.15是合理的，動(dòng)作延時(shí)可取6～9S。

發(fā)電機(jī)或變壓器反時(shí)限過(guò)激磁保護(hù)的動(dòng)作特性應(yīng)按與制造廠(chǎng)給出的允許過(guò)激磁特性曲線(xiàn)相配合來(lái)整定。如圖1所示。

并網(wǎng)允許的發(fā)電機(jī)及變壓器，其電壓的頻率覺(jué)得系統(tǒng)的頻率，允許實(shí)踐表明，除了發(fā)生系統(tǒng)瓦解性事故外，系統(tǒng)頻率大幅度降低的可能性幾乎不存在。因此，發(fā)電機(jī)與變壓器的過(guò)激磁，多由過(guò)電壓所致。

由于由于該廠(chǎng)#62發(fā)變組“過(guò)激磁”保護(hù)實(shí)際整定值中的定時(shí)限報(bào)警值1.08大于反時(shí)限跳閘值1.07，致使在測(cè)試#62機(jī)軸振與勵(lì)磁電流關(guān)系試驗(yàn)時(shí)增加勵(lì)磁電流過(guò)程中，機(jī)組無(wú)功增加，導(dǎo)致機(jī)端電壓升高，達(dá)到“過(guò)激磁”反時(shí)限保護(hù)啟動(dòng)值，定時(shí)限保護(hù)由于未達(dá)啟動(dòng)值，所以未報(bào)警和啟動(dòng)減勵(lì)磁，最終“過(guò)激磁”反時(shí)限I段保護(hù)起動(dòng)延時(shí)動(dòng)作解列滅磁。

3、發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器未起到正常限制保護(hù)功能

圖2 AVR V/Hz限制單元與發(fā)變組過(guò)激磁保護(hù)

及發(fā)電機(jī)允許過(guò)激磁特性配合

當(dāng)發(fā)電機(jī)與變壓器之間無(wú)斷路器時(shí)，其整定值按發(fā)電機(jī)或變壓器過(guò)激勵(lì)能力低的要求整定，一般發(fā)電機(jī)過(guò)激勵(lì)能力低于變壓器。其特性曲線(xiàn)配合見(jiàn)上圖2。調(diào)節(jié)器中V/Hz 限制值（曲線(xiàn)5）應(yīng)低于發(fā)電機(jī)過(guò)激勵(lì)定時(shí)限保護(hù)定值（曲線(xiàn)4），V/Hz 保護(hù)反時(shí)限（曲線(xiàn)3）應(yīng)與發(fā)電機(jī)過(guò)勵(lì)磁保護(hù)動(dòng)作（曲線(xiàn)4）配合，上述限制及保護(hù)曲線(xiàn)均應(yīng)低于發(fā)電機(jī)允許過(guò)激磁特性（曲線(xiàn)1）。應(yīng)做到發(fā)生發(fā)電機(jī)過(guò)激勵(lì)時(shí)首先由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器判斷加以限制和保護(hù)，若失效后則啟動(dòng)相應(yīng)的發(fā)電機(jī)變壓器過(guò)激磁保護(hù)。

#62發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)V/Hz 限制值為1.6倍，大于發(fā)變組過(guò)激磁保護(hù)限制值，違反上述保護(hù)配合原則，使勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)沒(méi)起到提前限制保護(hù)作用。

（二）暴露出的問(wèn)題

1、試驗(yàn)方案不完善

在方案編制時(shí)對(duì)本次試驗(yàn)需注意的技術(shù)問(wèn)題分析不充分，在試驗(yàn)方案中未安排人員核對(duì)發(fā)變組保護(hù)定值，也未安排人員試驗(yàn)期間在發(fā)變組保護(hù)裝置就地監(jiān)視機(jī)端電壓及勵(lì)磁電流采樣。

2、保護(hù)定值管理不規(guī)范

電氣專(zhuān)業(yè)人員在#62發(fā)電機(jī)“過(guò)激磁”保護(hù)定值整定中錯(cuò)誤輸入，保護(hù)定值整定制度“一人輸入一人監(jiān)護(hù)”執(zhí)行不到位。

3、電壓監(jiān)視回路異常

試驗(yàn)增加勵(lì)磁電流到3800A期間，由于DCS機(jī)端電壓采集回路測(cè)量出現(xiàn)較大偏差，達(dá)1kV，由于#62機(jī)組操作員站的發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓顯示在22.6kV，致使試驗(yàn)人員誤判斷。

四、防范措施

1、遵循保護(hù)定值“四統(tǒng)一”原則對(duì)保護(hù)定值進(jìn)行逐一核對(duì)、清理，并履行檢查、復(fù)核簽字手續(xù)。

2、健全方案編制的流程制度，明確方案制定參與人員，各級(jí)審批及會(huì)簽人員，嚴(yán)格簽字手續(xù)，確保方案準(zhǔn)確全面。

3、保護(hù)定值整定時(shí)，嚴(yán)格按保護(hù)定值整定“一人輸入一人監(jiān)護(hù)”制度執(zhí)行，然后需打印出整定好的保護(hù)定值清單，由運(yùn)行當(dāng)值電控員或運(yùn)行電氣專(zhuān)工再次進(jìn)行復(fù)核并同時(shí)履行確認(rèn)簽字手續(xù)。

4、深入檢查DCS在電壓較高情況下顯示的機(jī)端電壓與發(fā)變組保護(hù)B屏（以及故障錄波裝置）采集到的電壓出現(xiàn)較大偏差原因;對(duì)PT回路、變送器回路進(jìn)行檢查校驗(yàn)，消除偏差。

5、每年核查一次勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)過(guò)激磁保護(hù)限制和發(fā)變組保護(hù)過(guò)激磁保護(hù)限制的配合問(wèn)題。不符合配合要求的應(yīng)立即整改。

五、發(fā)變組過(guò)激磁保護(hù)動(dòng)作原因的查找方法

1、檢查保護(hù)動(dòng)作情況

2、檢查保護(hù)定值是否整定錯(cuò)誤。

3、檢查勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)過(guò)激磁保護(hù)限制功能是否起作用，若未起作用應(yīng)檢查其定值設(shè)定情況、與發(fā)變組過(guò)激磁保護(hù)限制的配合是否合理;若勵(lì)磁系統(tǒng)激磁保護(hù)限制動(dòng)作但沒(méi)能限制勵(lì)磁電流的增加，應(yīng)檢查其輸出回路是否正常。

4、檢查電壓、頻率測(cè)量回路是否正常

5、若勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)和發(fā)變組過(guò)激磁保均正確動(dòng)作，則排除人為加勵(lì)磁電流的可能，應(yīng)鎖定一次回路可能出現(xiàn)故障。

六、結(jié)束語(yǔ)

這是一起本不應(yīng)該發(fā)生的機(jī)組跳閘事故，由于各方面的巧合集合在一起而導(dǎo)致了這次機(jī)組非停的發(fā)生。因此，在實(shí)際工作中，要定期對(duì)所轄設(shè)備的整定值進(jìn)行全面復(fù)算和校核。在機(jī)組大、小修過(guò)程中，應(yīng)規(guī)范繼電保護(hù)專(zhuān)業(yè)人員在各個(gè)工作環(huán)節(jié)上的行為，在檢修工作中，必須嚴(yán)格執(zhí)行保護(hù)繼電器檢驗(yàn)規(guī)程及反事故措施和安全技術(shù)措施。通過(guò)有序的工作和嚴(yán)格的技術(shù)監(jiān)督，杜絕繼電保護(hù)人員因人為責(zé)任造成“誤碰、誤整定、誤接線(xiàn)”事故。

參考文獻(xiàn)

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