牟 明

(吉林松江河水力發(fā)電有限責(zé)任公司，吉林 白山 134500)

水輪發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動作的故障分析

牟 明

(吉林松江河水力發(fā)電有限責(zé)任公司，吉林 白山 134500)

介紹了一起機(jī)組失磁保護(hù)動作的事故，從故障現(xiàn)象入手，對保護(hù)裝置和勵磁系統(tǒng)2個方面進(jìn)行了分析，找出了事故最終原因為機(jī)組勵磁調(diào)節(jié)器CPU故障，最后強(qiáng)調(diào)了勵磁限制和失磁保護(hù)的配合關(guān)系對保證機(jī)組安全穩(wěn)定運行的重要性。

勵磁調(diào)節(jié)器；勵磁限制；失磁保護(hù)；CPU故障

某水電站裝有2臺單機(jī)容量為80 MW的水輪發(fā)電機(jī)組，發(fā)變組配置了雙套WFB-800系列微機(jī)保護(hù)裝置。勵磁調(diào)節(jié)器型號為GEC-300，采用雙套配置。運行時，1套主用，另1套備用，2套并列運行，完全獨立。當(dāng)主用發(fā)生故障時，勵磁調(diào)節(jié)器自動切換為備用。

1 故障現(xiàn)象

19：00，網(wǎng)調(diào)令2號機(jī)開機(jī)，有功功率80 MW，無功功率6 Mvar。

19：03，2號機(jī)出口開關(guān)6412與系統(tǒng)并列。

19：38，中控室故障警鈴響，模擬屏上2號機(jī)“電氣事故”、“機(jī)械事故”、“機(jī)械故障”光字牌亮；上位機(jī)先后出現(xiàn)如下報警信息：“2號機(jī)發(fā)變組保護(hù)故障”、“2號機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器退出(PLC令)”、“2號機(jī)停機(jī)聯(lián)跳斷路器6412”、“2號機(jī)冗余機(jī)電源消失”、“2號機(jī)電調(diào)故障”、“2號機(jī)勵磁過壓”、“2號機(jī)調(diào)速器故障”、“2號機(jī)緊急停機(jī)動作”、“2號機(jī)啟動緊急停機(jī)電磁閥”及“2號機(jī)115 %Ne”報警。

19：39，運行人員就地檢查發(fā)現(xiàn)2號機(jī)旁發(fā)變組保護(hù)屏上有“低勵失磁保護(hù)t1動作”、“低勵失磁保護(hù)t2動作”報警；常規(guī)機(jī)械保護(hù)屏JP9上“機(jī)組電氣事故信號繼電器42XJ”掉牌；2號機(jī)電調(diào)屏JP2有“冗余機(jī)大故障”、“冗余機(jī)小故障”及“調(diào)速器故障” 報警；勵磁調(diào)節(jié)器屏LP1有“欠勵”報警、“欠勵限制”報警；2號機(jī)滅磁開關(guān)屏LP5有“過電壓動作”報警；機(jī)調(diào)柜內(nèi)緊急停機(jī)電磁閥動作。

19：41，監(jiān)視2號機(jī)停機(jī)過程，待機(jī)組轉(zhuǎn)速降至20 %Ne時，手動投風(fēng)閘將機(jī)組停至穩(wěn)態(tài)。

19：50，對2號機(jī)發(fā)變組一次電氣部分進(jìn)行全面檢查，未發(fā)現(xiàn)有短路接地痕跡；對2號機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器及出口PT(電壓互感器)，CT(電流互感器)的一、二次部分也進(jìn)行了全面檢查，未發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象。

2 原因分析

通過查看系統(tǒng)故障錄波電壓，發(fā)現(xiàn)當(dāng)時系統(tǒng)電壓沒有突變，與調(diào)度人員溝通后了解到當(dāng)時電網(wǎng)穩(wěn)定無故障。因此，可以排除由系統(tǒng)原因?qū)е?號機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器欠勵引起失磁保護(hù)動作。下面從保護(hù)裝置和勵磁系統(tǒng)2個方面進(jìn)行分析。

2.1 失磁保護(hù)動作報告分析

在此次事故之前，2號機(jī)組發(fā)變組故障錄波因故障退出運行，無法讀取事故時的相關(guān)數(shù)據(jù)。下面從保護(hù)裝置的失磁保護(hù)邏輯原理進(jìn)行分析，如圖1所示。

圖1 失磁保護(hù)邏輯原理

該保護(hù)采用的動作判據(jù)有靜穩(wěn)扇形Z元件和定子過電流元件、勵磁低電壓Ufd元件以及系統(tǒng)三相低電壓Ut元件。靜穩(wěn)扇形Z元件和定子過電流元件用于判別失磁后的發(fā)電機(jī)機(jī)端測量阻抗是否越過其阻抗平面上的靜穩(wěn)極限；引入勵磁低電壓Ufd元件用于判斷在發(fā)電機(jī)失磁時其勵磁電壓及勵磁電流是否下降；引入系統(tǒng)三相低電壓Ut元件用于防止當(dāng)發(fā)電機(jī)失磁后系統(tǒng)電壓嚴(yán)重低于允許值，避免系統(tǒng)失去穩(wěn)定。

發(fā)電機(jī)低勵失磁保護(hù)定值如表1所示。由2套WFB-800裝置的第1套及第2套保護(hù)動作報告可知(見表2，3)：當(dāng)失磁保護(hù)動作時，機(jī)端線電壓約為80 V，定子線電流約為7.7 A，電壓及電流三相平衡，相位正確，且電流超前電壓39°，系統(tǒng)電壓約為104 V。而2號機(jī)正常帶額定負(fù)荷運行時，保護(hù)裝置采集到的相關(guān)參數(shù)數(shù)值(見表4)顯示：機(jī)端線電壓約為96 V，定子線電流約為5 A，且電壓超前電流為3°。由此可見：在失磁保護(hù)動作時刻，機(jī)組處于進(jìn)相39°運行狀態(tài)，且機(jī)端線電壓由正常運行時的96 V降至80 V，定子線電流約由正常運行時的5 A增至7.7 A，系統(tǒng)電壓約由105 V降至104 V，此時機(jī)組處于失磁運行狀態(tài)，機(jī)端測量阻抗為10.4∠-39° Ω，位于靜穩(wěn)定阻抗圓內(nèi)，機(jī)端電壓低于閉鎖值，開放閉鎖條件，滿足失磁保護(hù)動作出口條件。

表1 發(fā)電機(jī)低勵失磁保護(hù)定值

表2 第1套發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動作報告數(shù)據(jù)

綜合上述情況分析，可以得出：該保護(hù)裝置檢測到2號機(jī)處于失磁運行狀態(tài)，并且動作切除運行，為失磁保護(hù)正確動作。

表3 第2套發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動作報告數(shù)據(jù)

表4 2號機(jī)帶負(fù)載時低勵失磁保護(hù)實時數(shù)據(jù)

2.2 勵磁系統(tǒng)低勵限制動作原因分析

工作人員通過后臺數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在失磁保護(hù)動作的前2 s內(nèi)，機(jī)組無功功率從正常的6 Mvar先突變至16 Mvar，最高值為32 Mvar，又在1 s內(nèi)下降至-56 Mvar，屬于嚴(yán)重進(jìn)相。對勵磁調(diào)節(jié)器檢查后，工作人員發(fā)現(xiàn)故障原因為A套CPU故障，這是由于勵磁調(diào)節(jié)裝置運行時不斷向脈沖發(fā)生裝置內(nèi)寫入脈沖觸發(fā)角度。事故時，作為主用的A套勵磁調(diào)節(jié)器的CPU瞬時故障，程序運行死機(jī)。在程序死機(jī)時，向脈沖發(fā)生裝置輸出一個很小角度或者觸發(fā)角度為0°的信息。由于程序已死機(jī)，不再向脈沖發(fā)生裝置輸入觸發(fā)角度，因此脈沖發(fā)生裝置保存的觸發(fā)角度一直是程序死機(jī)前輸入的很小角度，所以A套可控硅整流橋一直處于全開放狀態(tài)，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)電壓持續(xù)上升。

B套調(diào)節(jié)裝置按照電壓閉環(huán)計算，隨著電壓上升，向脈沖發(fā)生器輸出的觸發(fā)角度也不斷增大。由于可控硅整流橋在0°～90°是整流狀態(tài)，大于90°后開始進(jìn)入逆變狀態(tài)。在整流階段，勵磁電流不斷增加，無功功率從正常的6 Mvar先突變至16 Mvar，最高值為32 Mvar；進(jìn)入逆變階段后，勵磁電流不斷減小，調(diào)節(jié)系統(tǒng)開始減磁，無功功率一直下降到-56 Mvar，調(diào)節(jié)器裝置開始出現(xiàn)“欠勵報警”、“欠勵限制”報警，發(fā)電機(jī)阻抗進(jìn)入到失磁保護(hù)動作阻抗圓內(nèi)，經(jīng)1 s后，滿足失磁保護(hù)動作停機(jī)的條件。

3 結(jié)束語

發(fā)電機(jī)組失磁是極為嚴(yán)重的故障，因此勵磁系統(tǒng)均配有備用通道、故障監(jiān)測及自動切換系統(tǒng)等保護(hù)措施。在正常情況下，一般不會造成發(fā)電機(jī)失磁的事故。一旦出現(xiàn)失磁現(xiàn)象，說明勵磁系統(tǒng)已發(fā)生較嚴(yán)重的故障，多個通道或檢測系統(tǒng)均已不能正常工作。另外，要充分考慮機(jī)組運行時最大的進(jìn)相深度，合理設(shè)置機(jī)組勵磁限制與相關(guān)保護(hù)的整定參數(shù)，確保機(jī)組低勵限制應(yīng)先于失磁保護(hù)動作，只有在低勵限制失效的情況下，機(jī)組失磁保護(hù)才動作。

1 葛元寶.發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)和勵磁調(diào)節(jié)器低勵限制之間的配合問題[J].安徽電力，2006(9).

2 陽春華.更換主勵刷誤碰正負(fù)兩極導(dǎo)致失磁保護(hù)動作停機(jī)[J].電力安全技術(shù)，2011(11).

2014-01-14。

牟 明(1983-)，男，助理工程師，主要從事水電廠運行工作，email：mumingmm@163.com。