王紹平

(華電四川發(fā)電有限責(zé)任公司 攀枝花分公司，四川 攀枝花 617065)

1 #12發(fā)電機組和低勵失磁保護(hù)概況

華電四川發(fā)電有限責(zé)任公司攀枝花分公司#12發(fā)電機系哈爾濱電機廠制造的QF150－2型密閉循環(huán)空冷三相交流靜止可控硅自并勵同步汽輪發(fā)電機，發(fā)電機采用密閉式空氣循環(huán)冷卻，定子為雙星形連接，中性點不接地。發(fā)電機勵磁系統(tǒng)為靜止可控硅自并勵磁系統(tǒng)組成。發(fā)電機變壓器組采用雙保護(hù)配置，A，B套保護(hù)均為許繼WFB－800系列微機保護(hù)裝置。發(fā)電機低勵失磁保護(hù)共分4段，低勵失磁保護(hù)Ⅰ段和Ⅳ段動作結(jié)果減出力，低勵失磁保護(hù)Ⅱ段和Ⅲ段動作結(jié)果停機。

1.1 發(fā)電機組失磁保護(hù)定值

發(fā)電機組失磁保護(hù)定值為:保護(hù)型號，WFB－801;制造廠家，許昌繼電器集團(tuán)公司;額定功率，150 MW;額定電壓，15.75 kV;靜穩(wěn)動作阻抗 Z1A，3.59 Ω;靜穩(wěn)動作阻抗Z1B，－35.34Ω;系統(tǒng)低電壓，85V;勵磁低電壓，60 V;凸極功率，6 W;Ufd(P)斜率，0.34;機端低電壓，80 V;TV斷線閉鎖投退，投入;一段延時時間，0.5 s;二段延時時間，1.0 s。

1.2 失磁保護(hù)邏輯關(guān)系

失磁保護(hù)邏輯關(guān)系如圖1所示。

1.3 保護(hù)原理

靜穩(wěn)極限勵磁電壓Ufd(P)主判據(jù)。該判據(jù)的優(yōu)點是:凡是能導(dǎo)致失步的失磁初始階段，由于Ufd快速降低，Ufd(P)判據(jù)可快速動作。在通常工況下失磁，Ufd(P)判據(jù)動作大約比靜穩(wěn)邊界阻抗判據(jù)動作提前1 s以上，有預(yù)測失磁失步的功能，顯著提高機組出力或切換勵磁的效果。

圖1 失磁保護(hù)邏輯關(guān)系

定勵磁低電壓輔助判據(jù)。為了保證在機組空載運行及P＜Pt的輕載運行情況下失磁時保護(hù)能可靠動作，或為了全失磁及嚴(yán)重部分失磁時保護(hù)能較快出口，附加裝設(shè)整定值為固定值的勵磁低電壓判據(jù)，簡稱為“定勵磁低電壓判據(jù)”，其動作方程為Ufd≤Ufd.set，式中:Ufd.set為勵磁低電壓動作整定值，整定為(0.2 ～ 0.8)Ufd0，一般可取 Ufd.set=0.8Ufd0。若“定勵磁低電壓判據(jù)”單獨出口，還需采取“I＜0.06In”的閉鎖措施，以防止發(fā)電機并網(wǎng)及解列過程中失磁保護(hù)誤出口。在系統(tǒng)短路大干擾及大干擾引起的系統(tǒng)振蕩過程中，“定勵磁低電壓判據(jù)”不會誤動作。

靜穩(wěn)邊界阻抗主判據(jù)。阻抗扇形圓動作判據(jù)匹配發(fā)電機靜穩(wěn)邊界圓，采用0°接線方式(Uab，Iab)。發(fā)電機失磁后，到達(dá)靜穩(wěn)邊界附近進(jìn)入圓內(nèi)。靜穩(wěn)邊界阻抗判據(jù)滿足后，至少延時1.0～1.5 s發(fā)失磁信號、壓出力或跳閘，延時1.0～1.5 s的原因是躲開系統(tǒng)振蕩。扇形與R軸的夾角為10°～15°，可躲開發(fā)電機出口經(jīng)過渡電阻的相間短路，以及躲開發(fā)電機正常進(jìn)相運行。需要指出的是，發(fā)電機產(chǎn)品說明書中所刊載的xd值是銘牌值，用“xd(銘牌)”符號表示它是非飽和值，是發(fā)電機制造廠家以機端三相短路但短路電流小于額定電流的情況下試驗取得的，誤差大，計算定值時應(yīng)注意。

主變壓器高壓側(cè)三相同時低電壓判據(jù):發(fā)電機失磁后，可能引起主變壓器高壓側(cè)(系統(tǒng))電壓降低，引發(fā)局部電網(wǎng)電壓崩潰。因此，在失磁保護(hù)配置方案中，應(yīng)有“三相同時低電壓”判據(jù)。為防止該判據(jù)誤動，該判據(jù)應(yīng)與其他輔助判據(jù)組成“與”門出口。此判據(jù)主要判斷失磁的發(fā)電機對系統(tǒng)電壓(母線電壓)的影響，Ut≤Ut.set，Ut.set為主變壓器高壓側(cè)電壓整定值，一般可取(0.80～0.90)Utn。某些場合發(fā)電機失磁后，主變壓器高壓側(cè)電壓不可能降到整定值以下，則該判據(jù)也可改為“發(fā)電機機端三相同時低電壓判據(jù)”，即 Ug≤Ug.set，Ug.set可取(0.75 ～0.90)Ugn。采用機端三相低電壓判據(jù)有時為了保證廠用電，有時僅為了與Ufd(P)(或靜穩(wěn)阻抗判據(jù))組成“與”門出口，以防止由于Ufd(P)(或靜穩(wěn)阻抗)單獨出口時可能發(fā)生的誤動作，因此選擇Ug.set有較大的靈活性。

2 發(fā)電機失磁Ⅲ段保護(hù)跳閘原因分析

(1)#12發(fā)電機“低勵失磁保護(hù)Ⅲ段”動作系110kV系統(tǒng)振蕩和失磁保護(hù)系統(tǒng)電壓消失滿足失磁保護(hù)三段動作整定值所致。失磁保護(hù)系統(tǒng)電壓原設(shè)計取自220 kV系統(tǒng)，在2008年攀枝花電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和方式調(diào)整時，將#12機組由220 kV系統(tǒng)運行改為110 kV系統(tǒng)運行，失磁保護(hù)系統(tǒng)電壓未改造。2008年9月7日，在河坪線停電檢修時，220 kV系統(tǒng)電壓消失，為機組低勵失磁三段保護(hù)跳閘提供了第1個條件。

(2)當(dāng)110 kV系統(tǒng)發(fā)生振蕩時，系統(tǒng)電壓和機端電壓大幅度變化，提取110 kV系統(tǒng)故障錄波進(jìn)行分析，4000 ms內(nèi)故障錄波波形確有振蕩，系統(tǒng)電壓峰值為162.5kV，機端電壓為26.92kV，轉(zhuǎn)子電壓降低至58 V，轉(zhuǎn)子電壓低于整定值60 V時為機組低勵失磁三段保護(hù)跳閘提供了第2個條件，發(fā)電機失磁保護(hù)三段滿足整定條件動作跳閘。

(3)失磁保護(hù)靜穩(wěn)邊界阻抗與機組微機勵磁調(diào)節(jié)裝置配合不合理，勵磁調(diào)節(jié)器內(nèi)置電力系統(tǒng)穩(wěn)定(PSS)邏輯，機組微機勵磁調(diào)節(jié)器一般投“恒機端電壓AVR”方式運行，確保發(fā)電機三相定子電壓穩(wěn)定在額定電壓15.75 kV運行，機端電壓發(fā)生微小變化，勵磁調(diào)節(jié)器相應(yīng)調(diào)整機組轉(zhuǎn)子電壓和電流，控制機組無功功率，維持機端電壓恒定。此次系統(tǒng)振蕩原因系110kV系統(tǒng)下級35kV系統(tǒng)發(fā)生兩相短路事故，對機組所在110 kV系統(tǒng)擾動較小，但仍然發(fā)生失磁保護(hù)三段跳閘，說明勵磁調(diào)節(jié)器低勵限制功能與失磁保護(hù)配合不合理。在短路發(fā)生故障切除前2450 ms內(nèi)，系統(tǒng)所有機組強勵動作或者勵磁調(diào)節(jié)器動作增加無功功率，短路故障切除后1500 ms，系統(tǒng)無功功率嚴(yán)重過剩，靈敏度較高的微機勵磁調(diào)節(jié)器動作，降低機組無功功率，直到機端電壓恢復(fù)額定值45.75 kV為止，造成機組轉(zhuǎn)子電壓下降到58 V，失磁保護(hù)動作切機。

(4)按照廠家和調(diào)試后審批保護(hù)定值通知單核查發(fā)電機失磁保護(hù)整定值和壓板投退情況，未發(fā)現(xiàn)問題。

綜上所述:發(fā)電機“低勵失磁保護(hù)Ⅲ段”動作原因為#12機組系統(tǒng)運行方式調(diào)整后，失磁保護(hù)系統(tǒng)電壓未相應(yīng)調(diào)整到機組接入的110 kV系統(tǒng)，屬于保護(hù)二次漏接線所致。同時發(fā)現(xiàn)失磁保護(hù)三段系統(tǒng)電壓未設(shè)計PT斷線閉鎖邏輯，加之110 kV系統(tǒng)為雙母線接線方式，倒閘操作頻繁，系統(tǒng)電壓PT容易失電，客觀上易造成發(fā)電機失磁保護(hù)三段誤動。

3 防止失磁保護(hù)誤動措施

(1)將#12機組A，B屏失磁保護(hù)系統(tǒng)電壓改接到110 kV系統(tǒng)，加裝110 kV系統(tǒng)電壓斷線閉鎖邏輯。系統(tǒng)運行方式發(fā)生改變時，一次系統(tǒng)需要改變運行方式，二次系統(tǒng)也必須改變保護(hù)接線方式和校核保護(hù)整定，確保系統(tǒng)、設(shè)備、保護(hù)配合符合國電發(fā)［2000］589號文《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項重點要求》的規(guī)定。

(2)根據(jù)華電集團(tuán)和國家電網(wǎng)公司對發(fā)電機失磁保護(hù)配置和整定要求，華電四川發(fā)電有限公司攀枝花分公司失磁保護(hù)三段由轉(zhuǎn)子電壓和系統(tǒng)電壓啟動方式邏輯簡單，容易發(fā)生誤動作，屬于慎重選用保護(hù)范圍，應(yīng)積極完善保護(hù)控制邏輯，確保不發(fā)生誤動?？梢圆扇∪缦?項措施:

1)聯(lián)系許昌繼電器集團(tuán)公司有關(guān)人員加裝110 kV系統(tǒng)電壓斷線閉鎖邏輯，系統(tǒng)電壓發(fā)生斷線時閉鎖失磁保護(hù)三段動作出口。保護(hù)出口加裝滅磁開關(guān)跳閘邏輯，確保機組失磁后可靠動作。

2)根據(jù)機組設(shè)計允許失磁運行時間15 min，結(jié)合發(fā)電機實測失磁或欠磁試驗結(jié)果，適當(dāng)增加失磁保護(hù)三段保護(hù)動作時限，以躲過勵磁調(diào)節(jié)器低勵限制動作時限。

(3)加強繼電保護(hù)人員培訓(xùn)和技術(shù)管理，特別是加強保護(hù)定值管理和設(shè)備異動管理工作。公司改制后，繼電保護(hù)人員流失，技術(shù)能力和管理水平下降，繼電保護(hù)人員專項培訓(xùn)工作未能有效開展，維護(hù)人員不能適應(yīng)繼電保護(hù)裝置日常維護(hù)工作的需要。

(4)根據(jù)系統(tǒng)類似機組失磁保護(hù)三段保護(hù)誤動分析，微機勵磁調(diào)節(jié)器工作失常是一個重要原因，更換設(shè)計和運用微機勵磁調(diào)節(jié)器將改善機組勵磁調(diào)節(jié)性能，提高機組運行的可靠性。

(5)查閱近年來電力系統(tǒng)失磁保護(hù)動作跳閘事故，發(fā)電機失磁保護(hù)三段保護(hù)誤動事故比較多，故障參數(shù)收集不全，真實原因難以分析。所以，發(fā)電機低勵失磁保護(hù)動作的正確性受系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子電壓和勵磁調(diào)節(jié)器性能影響較大，保護(hù)和自動裝置的協(xié)調(diào)配合、失磁保護(hù)與發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器的配合、勵磁調(diào)節(jié)器與電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS的配合等問題是電力系統(tǒng)設(shè)計和制造部門、電網(wǎng)和電廠之間協(xié)調(diào)研究的課題，技術(shù)改造和設(shè)計應(yīng)科學(xué)分析和論證、統(tǒng)籌兼顧、嚴(yán)格管理。