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(jī)組和低勵(lì)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(jī)系哈爾濱電機(jī)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(lì)同步汽輪發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)采用密閉式空氣循環(huán)冷卻，定子為雙星形連接，中性點(diǎn)不接地。發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)為靜止可控硅自并勵(lì)磁系統(tǒng)組成。發(fā)電機(jī)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(jī)保護(hù)裝置。發(fā)電機(jī)低勵(lì)失磁保護(hù)共分4段，低勵(lì)失磁保護(hù)Ⅰ段和Ⅳ段動(dòng)作結(jié)果減出力，低勵(lì)失磁保護(hù)Ⅱ段和Ⅲ段動(dòng)作結(jié)果停機(jī)。

1.1 發(fā)電機(jī)組失磁保護(hù)定值

發(fā)電機(jī)組失磁保護(hù)定值為:保護(hù)型號(hào)，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(dòng)作阻抗 Z1A，3.59 Ω;靜穩(wěn)動(dòng)作阻抗Z1B，－35.34Ω;系統(tǒng)低電壓，85V;勵(lì)磁低電壓，60 V;凸極功率，6 W;Ufd(P)斜率，0.34;機(jī)端低電壓，80 V;TV斷線閉鎖投退，投入;一段延時(shí)時(shí)間，0.5 s;二段延時(shí)時(shí)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(lì)磁電壓Ufd(P)主判據(jù)。該判據(jù)的優(yōu)點(diǎn)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(dòng)作。在通常工況下失磁，Ufd(P)判據(jù)動(dòng)作大約比靜穩(wěn)邊界阻抗判據(jù)動(dòng)作提前1 s以上，有預(yù)測(cè)失磁失步的功能，顯著提高機(jī)組出力或切換勵(lì)磁的效果。

圖1 失磁保護(hù)邏輯關(guān)系

定勵(lì)磁低電壓輔助判據(jù)。為了保證在機(jī)組空載運(yùn)行及P＜Pt的輕載運(yùn)行情況下失磁時(shí)保護(hù)能可靠動(dòng)作，或?yàn)榱巳Т偶皣?yán)重部分失磁時(shí)保護(hù)能較快出口，附加裝設(shè)整定值為固定值的勵(lì)磁低電壓判據(jù)，簡(jiǎn)稱為“定勵(lì)磁低電壓判據(jù)”，其動(dòng)作方程為Ufd≤Ufd.set，式中:Ufd.set為勵(lì)磁低電壓動(dòng)作整定值，整定為(0.2 ～ 0.8)Ufd0，一般可取 Ufd.set=0.8Ufd0。若“定勵(lì)磁低電壓判據(jù)”單獨(dú)出口，還需采取“I＜0.06In”的閉鎖措施，以防止發(fā)電機(jī)并網(wǎng)及解列過(guò)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(guò)程中，“定勵(lì)磁低電壓判據(jù)”不會(huì)誤動(dòng)作。

靜穩(wěn)邊界阻抗主判據(jù)。阻抗扇形圓動(dòng)作判據(jù)匹配發(fā)電機(jī)靜穩(wěn)邊界圓，采用0°接線方式(Uab，Iab)。發(fā)電機(jī)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(shí)1.0～1.5 s發(fā)失磁信號(hào)、壓出力或跳閘，延時(shí)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(jī)出口經(jīng)過(guò)渡電阻的相間短路，以及躲開發(fā)電機(jī)正常進(jìn)相運(yùn)行。需要指出的是，發(fā)電機(jī)產(chǎn)品說(shuō)明書中所刊載的xd值是銘牌值，用“xd(銘牌)”符號(hào)表示它是非飽和值，是發(fā)電機(jī)制造廠家以機(jī)端三相短路但短路電流小于額定電流的情況下試驗(yàn)取得的，誤差大，計(jì)算定值時(shí)應(yīng)注意。

主變壓器高壓側(cè)三相同時(shí)低電壓判據(jù):發(fā)電機(jī)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(shí)低電壓”判據(jù)。為防止該判據(jù)誤動(dòng)，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(jī)對(duì)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(chǎng)合發(fā)電機(jī)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(jī)機(jī)端三相同時(shí)低電壓判據(jù)”，即 Ug≤Ug.set，Ug.set可取(0.75 ～0.90)Ugn。采用機(jī)端三相低電壓判據(jù)有時(shí)為了保證廠用電，有時(shí)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(dú)出口時(shí)可能發(fā)生的誤動(dòng)作，因此選擇Ug.set有較大的靈活性。

2 發(fā)電機(jī)失磁Ⅲ段保護(hù)跳閘原因分析

(1)#12發(fā)電機(jī)“低勵(lì)失磁保護(hù)Ⅲ段”動(dòng)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(dòng)作整定值所致。失磁保護(hù)系統(tǒng)電壓原設(shè)計(jì)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(shí)，將#12機(jī)組由220 kV系統(tǒng)運(yùn)行改為110 kV系統(tǒng)運(yùn)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(shí)，220 kV系統(tǒng)電壓消失，為機(jī)組低勵(lì)失磁三段保護(hù)跳閘提供了第1個(gè)條件。

(2)當(dāng)110 kV系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)，系統(tǒng)電壓和機(jī)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(jī)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(shí)為機(jī)組低勵(lì)失磁三段保護(hù)跳閘提供了第2個(gè)條件，發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)三段滿足整定條件動(dòng)作跳閘。

(3)失磁保護(hù)靜穩(wěn)邊界阻抗與機(jī)組微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置配合不合理，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器內(nèi)置電力系統(tǒng)穩(wěn)定(PSS)邏輯，機(jī)組微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器一般投“恒機(jī)端電壓AVR”方式運(yùn)行，確保發(fā)電機(jī)三相定子電壓穩(wěn)定在額定電壓15.75 kV運(yùn)行，機(jī)端電壓發(fā)生微小變化，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器相應(yīng)調(diào)整機(jī)組轉(zhuǎn)子電壓和電流，控制機(jī)組無(wú)功功率，維持機(jī)端電壓恒定。此次系統(tǒng)振蕩原因系110kV系統(tǒng)下級(jí)35kV系統(tǒng)發(fā)生兩相短路事故，對(duì)機(jī)組所在110 kV系統(tǒng)擾動(dòng)較小，但仍然發(fā)生失磁保護(hù)三段跳閘，說(shuō)明勵(lì)磁調(diào)節(jié)器低勵(lì)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(jī)組強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作或者勵(lì)磁調(diào)節(jié)器動(dòng)作增加無(wú)功功率，短路故障切除后1500 ms，系統(tǒng)無(wú)功功率嚴(yán)重過(guò)剩，靈敏度較高的微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器動(dòng)作，降低機(jī)組無(wú)功功率，直到機(jī)端電壓恢復(fù)額定值45.75 kV為止，造成機(jī)組轉(zhuǎn)子電壓下降到58 V，失磁保護(hù)動(dòng)作切機(jī)。

(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(jī)失磁保護(hù)整定值和壓板投退情況，未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

綜上所述:發(fā)電機(jī)“低勵(lì)失磁保護(hù)Ⅲ段”動(dòng)作原因?yàn)?12機(jī)組系統(tǒng)運(yùn)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(jī)組接入的110 kV系統(tǒng)，屬于保護(hù)二次漏接線所致。同時(shí)發(fā)現(xiàn)失磁保護(hù)三段系統(tǒng)電壓未設(shè)計(jì)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(jī)失磁保護(hù)三段誤動(dòng)。

3 防止失磁保護(hù)誤動(dòng)措施

(1)將#12機(jī)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(yùn)行方式發(fā)生改變時(shí)，一次系統(tǒng)需要改變運(yùn)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(guó)電發(fā)［2000］589號(hào)文《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》的規(guī)定。

(2)根據(jù)華電集團(tuán)和國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)發(fā)電機(jī)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?jiǎn)?dòng)方式邏輯簡(jiǎn)單，容易發(fā)生誤動(dòng)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(dòng)?？梢圆扇∪缦?項(xiàng)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(shí)閉鎖失磁保護(hù)三段動(dòng)作出口。保護(hù)出口加裝滅磁開關(guān)跳閘邏輯，確保機(jī)組失磁后可靠動(dòng)作。

2)根據(jù)機(jī)組設(shè)計(jì)允許失磁運(yùn)行時(shí)間15 min，結(jié)合發(fā)電機(jī)實(shí)測(cè)失磁或欠磁試驗(yàn)結(jié)果，適當(dāng)增加失磁保護(hù)三段保護(hù)動(dòng)作時(shí)限，以躲過(guò)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器低勵(lì)限制動(dòng)作時(shí)限。

(3)加強(qiáng)繼電保護(hù)人員培訓(xùn)和技術(shù)管理，特別是加強(qiáng)保護(hù)定值管理和設(shè)備異動(dòng)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(xiàng)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(jī)組失磁保護(hù)三段保護(hù)誤動(dòng)分析，微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器工作失常是一個(gè)重要原因，更換設(shè)計(jì)和運(yùn)用微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器將改善機(jī)組勵(lì)磁調(diào)節(jié)性能，提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性。

(5)查閱近年來(lái)電力系統(tǒng)失磁保護(hù)動(dòng)作跳閘事故，發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)三段保護(hù)誤動(dòng)事故比較多，故障參數(shù)收集不全，真實(shí)原因難以分析。所以，發(fā)電機(jī)低勵(lì)失磁保護(hù)動(dòng)作的正確性受系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子電壓和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器性能影響較大，保護(hù)和自動(dòng)裝置的協(xié)調(diào)配合、失磁保護(hù)與發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的配合、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器與電力系統(tǒng)穩(wěn)定器PSS的配合等問(wèn)題是電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)應(yīng)科學(xué)分析和論證、統(tǒng)籌兼顧、嚴(yán)格管理。