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        水輪發(fā)電機組失磁保護動作分析與處理

        2014-12-02 23:48:43廖歐
        科技創(chuàng)新導報 2014年29期

        廖歐

        摘 要:就水輪發(fā)電機失磁保護動作事件,討論失磁保護的原理及其接線方面的問題,分析失磁保護動作原因,指出發(fā)電機保護在安裝調(diào)試方面所暴露的問題,并提出整改措施。

        關(guān)鍵詞:失磁保護 靜穩(wěn)阻抗圓 異步邊界阻抗圓

        中圖分類號:TM312 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2014)10(b)-0052-04

        1 失磁保護原理

        發(fā)電機勵磁系統(tǒng)故障使勵磁降低或全失磁,從而導致發(fā)電機與系統(tǒng)間失步,對機組本身及電力系統(tǒng)的安全造成重大的危害。因此,大、中型機組裝設(shè)失磁保護,其主判據(jù)可由下述判據(jù)組成。

        1.1 靜穩(wěn)極限勵磁電壓Ufd(P)主判據(jù)

        該判據(jù)的優(yōu)點是:凡是能導致失步的失磁初始階段,由于Ufd(勵磁電壓)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1S以上,有預(yù)測失磁失步的功能。

        Ufd(P)判據(jù)的動作方程為:Ufd≤Kset(P-Pt)

        1.2 定勵磁低電壓輔助判據(jù)

        為了保證在機組空載運行及P

        1.3 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,動作特性見下圖,發(fā)電機失磁后,機端測量阻抗軌跡由圖中第I象限隨時間進入第Ⅳ象限,達靜穩(wěn)邊界附近進入圓內(nèi)。

        靜穩(wěn)邊界阻抗判據(jù)滿足后,至少延時1~1.5 s發(fā)失磁信號、壓出力或跳閘,延時1~1.5 s的原因是躲開系統(tǒng)振蕩。扇形與R軸的夾角10°~15°為了躲開發(fā)電機出口經(jīng)過渡電阻的相間短路,以及躲開發(fā)電機正常進相運行。靜穩(wěn)邊界阻抗判據(jù)動作特性如圖2所示。

        2 失磁保護邏輯方案

        某電廠的發(fā)電機保護采用許繼電氣股份有限公司生產(chǎn)的WFB-801A/F型發(fā)電機保護裝置(內(nèi)含勵磁變保護)。WFB-801A/F裝置提供三種失磁保護方案,電廠選擇方案一,邏輯框圖如圖3所示。

        保護“靜穩(wěn)阻抗Z1<”判據(jù)經(jīng)延時t1后經(jīng)失磁一段出口發(fā)信號;保護“靜穩(wěn)阻抗 Z1<”判據(jù)經(jīng)延時t1后和機端低電壓判據(jù)“Ug<(0.8~0.9)Ugn”組合后經(jīng)失磁二段動作出口,可保證全失磁或部分失磁失步時出口動作:“靜穩(wěn)阻抗Z1<”判據(jù)和勵磁低電壓判據(jù)“Ufd<0.8Ufd0”組合后也可經(jīng)失磁二段動作出口;如果失磁二段動作僅切換勵磁(或減出力)并發(fā)失磁信號,經(jīng)延時t3后,若切換勵磁(或減出力)失敗,則保護三段出口跳閘。t1延時是為了躲開系統(tǒng)振蕩。失磁一段出口一般只宜發(fā)失磁信號,不宜自動切換勵磁或自動壓出力,因“靜穩(wěn)阻抗Z1”動作區(qū)較大,在發(fā)電機正常進相運行時失磁一段可能誤出口而誤切換勵磁或誤減出力。

        某電廠1號機于2013年6月投運,單機容量為360 MW,失磁保護由三個動作元件組成:靜穩(wěn)阻抗元件、機端低電壓元件、勵磁低電壓元件。動作判據(jù)為靜穩(wěn)阻抗和機端低電壓同時滿足整定值,或靜穩(wěn)阻抗和勵磁低電壓同時滿足整定值,失磁二段出口解列機組。失磁保護方案為:

        (1)靜穩(wěn)阻抗元件動作,失磁一段出口發(fā)信號;

        (2)靜穩(wěn)阻抗元件和機端低電壓元件動作,失磁二段出口解列機組;

        (3)穩(wěn)態(tài)異步阻抗元件動作,失磁二段出口解列機組;增加保護動作的可靠性,保護穩(wěn)態(tài)異步邊界圓的動作區(qū)遠小于靜穩(wěn)邊界扇形動作區(qū)。

        (4)如果失磁二段動作僅切換勵磁(或減出力)并發(fā)失磁信號,經(jīng)延時后,若切換勵磁(或減出力)失敗,則保護三段出口跳閘。

        3 1號發(fā)電機失磁保護動作情況

        2013年07月28日,1號機帶有功功率290 MW,無功功率40 MVar運行正常,01時37分53秒,線路主一、主二保護縱聯(lián)差動保護、C相分相差動保護動作,5333、5332斷路器保護跳閘,5333斷路器延時976毫秒重合閘動作,5332斷路器延時1478毫秒重合閘動作。

        7月28日1時37分53秒,500 kV線路C相單瞬故障重合閘動作成功。在線路C相跳閘后重合閘動作前的非全相運行期間,01時37分54秒,1號發(fā)電機保護A柜:失磁二段保護動作,機組與系統(tǒng)解列;01時37分54秒,1號發(fā)電機保護B柜:失磁二段保護動作、機端三次諧波發(fā)信,機組與系統(tǒng)解列。

        4 保護動作原因分析

        4.1 保護動作行為分析

        事故時失磁一段沒有動作信號(需延時t1=1 s),只有失磁二段動作,說明失磁二段動作時的判據(jù)為靜穩(wěn)阻抗Z1(不經(jīng)延時)和勵磁低電壓判據(jù)相與后經(jīng)過0.2 s延時出口。

        裝置動作報告分析:

        1號機A套失磁保護二段動作時間為:故障時間:2013-07-28 01:37:54.466, 動作時間:38 ms其中“故障時間:2013-07-28 01:37:54.466”為失磁保護邏輯延時0.2 s后,保護啟動時刻,“動作時間:38 ms”為失磁邏輯靜穩(wěn)阻抗和勵磁低電壓條件滿足,延時0.2 s后的出口時間,保護總的動作時間為0.238 s。

        從保護動作報告可知,1號機失磁保護Ⅱ段動作出口跳閘,其中定子接地三次諧波保護(僅B柜配置)動作發(fā)信為發(fā)電機與系統(tǒng)解列后發(fā)出的信號,與失磁保護動作沒有關(guān)聯(lián)。機組失磁保護動作后,電廠立即對發(fā)電機保護裝置進行全面檢查,其中對失磁保護的相關(guān)二次回路進行了重點檢查,發(fā)現(xiàn)發(fā)電機的勵磁電壓并未接入保護裝置。從發(fā)變組的故障錄波圖可以看出,失磁保護是在500 kV龍仁線C相故障跳閘后的非全相運行期間動作跳閘的。失磁Ⅱ段動作時刻,保護裝置采樣各電流、電壓大小如圖4所示。

        保護動作時,機端測量阻抗Z=Uab/Iab=53.62∠217.78(Ω),在靜穩(wěn)阻抗圓Z1圓內(nèi),勵磁電壓0.025 V,有功功率為-108.280 W,動作點落在第三相象限,滿足裝置動作條件。但區(qū)外故障,線路非全相運行,發(fā)電機功率落在第三象限,這種現(xiàn)象是不正確的。為此,對發(fā)電機保護裝置的故障錄波數(shù)據(jù)進行了進一步分析,保護裝置啟動前后的故障錄波圖如圖5所示。

        圖5中黃線時刻為線路C相故障時刻,紅線為故障前某一時刻,從紅線處的計算值可以看出A相電壓超前A相電流(5.842-(-179.134)184.972度,故障前機組處于正常發(fā)電狀態(tài),A相電壓超前A相電流184.972度肯定是不對的,B、C相電壓同樣超前電流185度和186.2度,由此可以判斷機端失磁保護用電流互感器(與發(fā)電機差動保護共用)極性接反,而發(fā)電機運行期間的差流為零,表明發(fā)電機中性點的電流互感器極性同樣接反。

        由于機端失磁保護用電流互感器極性接反,導致發(fā)電機機端測量阻抗在區(qū)外500 kV線路C相故障跳閘后的非全相運行期間,其測量阻抗落入了失磁保護的靜穩(wěn)阻抗圓(見圖6、7)。

        從保護裝置動作錄波圖可以看出,裝置失磁保護測量阻抗變化軌跡基本不變,且處于第三象限,位于靜穩(wěn)阻抗圓內(nèi)。根據(jù)失磁保護的動作邏輯,事故時失磁Ⅰ段沒有動作信號(需延時t1=1 s),只有失磁Ⅱ段動作,說明失磁Ⅱ段動作時的判據(jù)為靜穩(wěn)阻抗Z1(不經(jīng)延時)和勵磁低電壓判據(jù)相與后經(jīng)過0.2 s延時出口(其中保護動作報告中的失磁保護動作時間38 ms為經(jīng)過0.2 s延時滿足動作條件后的延時,總的動作時間0.238 s)。由于沒有將發(fā)電機勵磁電壓接入保護裝置,因此“發(fā)電機轉(zhuǎn)子低電壓”的判據(jù)一直滿足,加之發(fā)電機保護CT極性接反,導致500 kV線路C相故障跳閘后的非全相運行期間,“機端測量阻抗”進入了“機端靜穩(wěn)阻抗圓”的動作區(qū),滿足失磁保護Ⅱ段的動作條件而出口跳閘。

        4.2 造成保護誤動的直接原因

        4.2.1 設(shè)計錯誤

        由于設(shè)計院與保護廠家在設(shè)計上存在脫節(jié),保護廠家的失磁保護方案要求引入發(fā)電機勵磁電壓,而設(shè)計院在設(shè)計上又未將發(fā)電機勵磁電壓設(shè)計引入,造成失磁保護設(shè)計方案存在問題。導致設(shè)計上沒有將機組勵磁系統(tǒng)電壓引入發(fā)電機保護裝置,致使失磁保護中“發(fā)電機轉(zhuǎn)子低電壓”判據(jù)一直開放。

        4.2.2 CT極性錯誤

        由于CT極性錯誤,造成機端測量阻抗方向錯誤,導致在500 kV線路C相單相故障跳閘后的非全相運行期間,發(fā)電機機端測量阻抗落入失磁保護的“靜穩(wěn)阻抗圓”,從而開放失磁保護Ⅱ段。

        4.3 造成保護誤動的間接原因

        電廠機組保護在設(shè)計、安裝調(diào)試、試驗驗收等各個環(huán)節(jié)上均存在管控不到位的問題,在保護裝置的安裝調(diào)試和試驗驗收期間,對保護裝置的相關(guān)二次回路、保護動作邏輯沒有逐項檢查和試驗驗證,導致發(fā)電機勵磁電壓未接入保護裝置的隱患沒有被及時發(fā)現(xiàn),在機組帶負荷檢測CT極性試驗中,也未能檢查出CT極性接反的問題。

        5 解決措施

        (1)按發(fā)電機失磁保護方案一的要求,將勵磁電壓接入發(fā)電機A、B套保護裝置,作為發(fā)電機失磁保護動作判據(jù),并進行相關(guān)保護邏輯功能及裝置采樣試驗,測試結(jié)果滿足失磁保護要求。

        (2)將發(fā)電機失磁保護(差動、失步、誤上電、逆功率)用機端CT極性改接,同時機組中性點側(cè)CT極性也做相應(yīng)調(diào)整,以滿足失磁保護極性要求,并對改接后的CT、PT相量圖進行了測量、驗證,測試結(jié)果正確。機端及中性點側(cè)CT極性調(diào)整前后的變化如圖8所示。

        (3)對1號發(fā)電機失磁保護進行檢驗,并在發(fā)電機保護電流回路整改后,通過帶負荷試驗驗證交流回路的正確性,確保發(fā)電機失磁保護功能正常,滿足要求。

        5.1 失磁保護檢驗

        5.1.1 采樣精度檢查(見表1)

        5.1.2 阻抗判據(jù)定值校驗

        定值:Z1A=22.09,Z1B=73.73

        (1)最大靈敏角測試:

        動作范圍:-10°至-168°,最大靈敏角為-89°;

        (2)動作邊界測試(見表2)。

        5.1.3 機端低電壓判據(jù)定值校驗

        機端低電壓定值:80 V。

        試驗時在機端電壓通道加入三相電壓,然后逐漸減小機端電壓至79.92 V,機端低電壓判據(jù)動作。

        5.1.4 勵磁低電壓判據(jù)定值校驗

        勵磁低電壓定值:132.8 V。

        試驗時在勵磁電壓通道加入電壓,然后逐漸減小勵磁電壓至132.76 V,系統(tǒng)低電壓判據(jù)動作。

        5.1.5 動作時間校驗

        失磁保護Ⅰ段時間定值:1 s,動作于報警;失磁保護Ⅱ段動作于跳閘;失磁保護Ⅲ段時間定值:2.5 s,動作于跳閘。

        模擬靜穩(wěn)阻抗圓動作,實測失磁保護I段報警延時:1.02 s;

        模擬靜穩(wěn)阻抗圓動作,勵磁低電壓判據(jù)滿足,實測失磁保護Ⅱ段跳閘延時:0.201 s(勵磁低電壓判據(jù)有0.2s固定延時)。

        模擬靜穩(wěn)阻抗圓動作,機端低電壓判據(jù)滿足,實測失磁保護Ⅲ段跳閘延時2.44 s。

        5.1.6 整組試驗

        模擬發(fā)電機失磁保護動作,信號及出口接點均正常閉合。

        5.2 二次回路整改情況

        (1)電廠按定值要求,將發(fā)電機勵磁電壓接入了1號發(fā)電機保護裝置。

        (2)電廠完成1號機的機端(主變低壓側(cè))CT及發(fā)電機中性點側(cè)1分支、2分支CT極性調(diào)整工作。如圖9所示,發(fā)電機保護用CT二次繞組分別為BA1/BA11a/BA11b,BA2/BA12a/BA12b,極性調(diào)整后,二次接線均從近發(fā)電機側(cè)的極性端引出,即BA1、BA2改為S1引出線接A、B、C回路,S2引出線接N回路,BA11a、BA11b、BA12a、BA12b改為S2引出線接A、B、C回路,S1引出線接N回路,該接線方式滿足發(fā)電機保護的整體要求。

        5.3 機組帶負荷檢查

        發(fā)電機保護電流回路整改結(jié)束后,1號機組開機并網(wǎng)帶小負荷(30 MW)進行發(fā)電機保護A/B柜CT極性驗證性測試,測試結(jié)果正確,數(shù)據(jù)如下(見表3)。

        通過二次回路整改以及試驗檢查后,1號機發(fā)電機保護各項功能正常。

        6 結(jié)語

        此次1號機失磁保護因CT極性錯誤、缺少勵磁低電壓動作元件造成誤動作,通過及時整改,發(fā)電機組運行正常。但應(yīng)從中注意以下問題:

        (1)加強繼電保護專業(yè)人員專業(yè)技能、業(yè)務(wù)流程等內(nèi)容的培訓,提升業(yè)務(wù)技能水平。

        (2)加強現(xiàn)場管理,對設(shè)備巡檢、核對運行方式等工作加強監(jiān)督檢查,完善繼電保護定值簽收、流轉(zhuǎn)、執(zhí)行管理制度。

        (3)加強二次系統(tǒng)復核試驗、保護回路正確性檢查、反措檢查等,定期開展保護定值復核工作,特別是與電力系統(tǒng)有關(guān)的保護定值,如靜穩(wěn)邊界判據(jù)與系統(tǒng)等值電抗Xs有關(guān)。

        參考文獻

        [1] 電氣主設(shè)備繼電保護原理與運用[M].中國電力出版社,1996.

        [2] 電力系統(tǒng)微機繼電保護[M].人民郵電出版社,2005.

        [3] WFB-800A系列微機發(fā)電機變壓器保護裝置技術(shù)說明書[Z].許繼電氣股份有限公司,2008.

        保護動作時,機端測量阻抗Z=Uab/Iab=53.62∠217.78(Ω),在靜穩(wěn)阻抗圓Z1圓內(nèi),勵磁電壓0.025 V,有功功率為-108.280 W,動作點落在第三相象限,滿足裝置動作條件。但區(qū)外故障,線路非全相運行,發(fā)電機功率落在第三象限,這種現(xiàn)象是不正確的。為此,對發(fā)電機保護裝置的故障錄波數(shù)據(jù)進行了進一步分析,保護裝置啟動前后的故障錄波圖如圖5所示。

        圖5中黃線時刻為線路C相故障時刻,紅線為故障前某一時刻,從紅線處的計算值可以看出A相電壓超前A相電流(5.842-(-179.134)184.972度,故障前機組處于正常發(fā)電狀態(tài),A相電壓超前A相電流184.972度肯定是不對的,B、C相電壓同樣超前電流185度和186.2度,由此可以判斷機端失磁保護用電流互感器(與發(fā)電機差動保護共用)極性接反,而發(fā)電機運行期間的差流為零,表明發(fā)電機中性點的電流互感器極性同樣接反。

        由于機端失磁保護用電流互感器極性接反,導致發(fā)電機機端測量阻抗在區(qū)外500 kV線路C相故障跳閘后的非全相運行期間,其測量阻抗落入了失磁保護的靜穩(wěn)阻抗圓(見圖6、7)。

        從保護裝置動作錄波圖可以看出,裝置失磁保護測量阻抗變化軌跡基本不變,且處于第三象限,位于靜穩(wěn)阻抗圓內(nèi)。根據(jù)失磁保護的動作邏輯,事故時失磁Ⅰ段沒有動作信號(需延時t1=1 s),只有失磁Ⅱ段動作,說明失磁Ⅱ段動作時的判據(jù)為靜穩(wěn)阻抗Z1(不經(jīng)延時)和勵磁低電壓判據(jù)相與后經(jīng)過0.2 s延時出口(其中保護動作報告中的失磁保護動作時間38 ms為經(jīng)過0.2 s延時滿足動作條件后的延時,總的動作時間0.238 s)。由于沒有將發(fā)電機勵磁電壓接入保護裝置,因此“發(fā)電機轉(zhuǎn)子低電壓”的判據(jù)一直滿足,加之發(fā)電機保護CT極性接反,導致500 kV線路C相故障跳閘后的非全相運行期間,“機端測量阻抗”進入了“機端靜穩(wěn)阻抗圓”的動作區(qū),滿足失磁保護Ⅱ段的動作條件而出口跳閘。

        4.2 造成保護誤動的直接原因

        4.2.1 設(shè)計錯誤

        由于設(shè)計院與保護廠家在設(shè)計上存在脫節(jié),保護廠家的失磁保護方案要求引入發(fā)電機勵磁電壓,而設(shè)計院在設(shè)計上又未將發(fā)電機勵磁電壓設(shè)計引入,造成失磁保護設(shè)計方案存在問題。導致設(shè)計上沒有將機組勵磁系統(tǒng)電壓引入發(fā)電機保護裝置,致使失磁保護中“發(fā)電機轉(zhuǎn)子低電壓”判據(jù)一直開放。

        4.2.2 CT極性錯誤

        由于CT極性錯誤,造成機端測量阻抗方向錯誤,導致在500 kV線路C相單相故障跳閘后的非全相運行期間,發(fā)電機機端測量阻抗落入失磁保護的“靜穩(wěn)阻抗圓”,從而開放失磁保護Ⅱ段。

        4.3 造成保護誤動的間接原因

        電廠機組保護在設(shè)計、安裝調(diào)試、試驗驗收等各個環(huán)節(jié)上均存在管控不到位的問題,在保護裝置的安裝調(diào)試和試驗驗收期間,對保護裝置的相關(guān)二次回路、保護動作邏輯沒有逐項檢查和試驗驗證,導致發(fā)電機勵磁電壓未接入保護裝置的隱患沒有被及時發(fā)現(xiàn),在機組帶負荷檢測CT極性試驗中,也未能檢查出CT極性接反的問題。

        5 解決措施

        (1)按發(fā)電機失磁保護方案一的要求,將勵磁電壓接入發(fā)電機A、B套保護裝置,作為發(fā)電機失磁保護動作判據(jù),并進行相關(guān)保護邏輯功能及裝置采樣試驗,測試結(jié)果滿足失磁保護要求。

        (2)將發(fā)電機失磁保護(差動、失步、誤上電、逆功率)用機端CT極性改接,同時機組中性點側(cè)CT極性也做相應(yīng)調(diào)整,以滿足失磁保護極性要求,并對改接后的CT、PT相量圖進行了測量、驗證,測試結(jié)果正確。機端及中性點側(cè)CT極性調(diào)整前后的變化如圖8所示。

        (3)對1號發(fā)電機失磁保護進行檢驗,并在發(fā)電機保護電流回路整改后,通過帶負荷試驗驗證交流回路的正確性,確保發(fā)電機失磁保護功能正常,滿足要求。

        5.1 失磁保護檢驗

        5.1.1 采樣精度檢查(見表1)

        5.1.2 阻抗判據(jù)定值校驗

        定值:Z1A=22.09,Z1B=73.73

        (1)最大靈敏角測試:

        動作范圍:-10°至-168°,最大靈敏角為-89°;

        (2)動作邊界測試(見表2)。

        5.1.3 機端低電壓判據(jù)定值校驗

        機端低電壓定值:80 V。

        試驗時在機端電壓通道加入三相電壓,然后逐漸減小機端電壓至79.92 V,機端低電壓判據(jù)動作。

        5.1.4 勵磁低電壓判據(jù)定值校驗

        勵磁低電壓定值:132.8 V。

        試驗時在勵磁電壓通道加入電壓,然后逐漸減小勵磁電壓至132.76 V,系統(tǒng)低電壓判據(jù)動作。

        5.1.5 動作時間校驗

        失磁保護Ⅰ段時間定值:1 s,動作于報警;失磁保護Ⅱ段動作于跳閘;失磁保護Ⅲ段時間定值:2.5 s,動作于跳閘。

        模擬靜穩(wěn)阻抗圓動作,實測失磁保護I段報警延時:1.02 s;

        模擬靜穩(wěn)阻抗圓動作,勵磁低電壓判據(jù)滿足,實測失磁保護Ⅱ段跳閘延時:0.201 s(勵磁低電壓判據(jù)有0.2s固定延時)。

        模擬靜穩(wěn)阻抗圓動作,機端低電壓判據(jù)滿足,實測失磁保護Ⅲ段跳閘延時2.44 s。

        5.1.6 整組試驗

        模擬發(fā)電機失磁保護動作,信號及出口接點均正常閉合。

        5.2 二次回路整改情況

        (1)電廠按定值要求,將發(fā)電機勵磁電壓接入了1號發(fā)電機保護裝置。

        (2)電廠完成1號機的機端(主變低壓側(cè))CT及發(fā)電機中性點側(cè)1分支、2分支CT極性調(diào)整工作。如圖9所示,發(fā)電機保護用CT二次繞組分別為BA1/BA11a/BA11b,BA2/BA12a/BA12b,極性調(diào)整后,二次接線均從近發(fā)電機側(cè)的極性端引出,即BA1、BA2改為S1引出線接A、B、C回路,S2引出線接N回路,BA11a、BA11b、BA12a、BA12b改為S2引出線接A、B、C回路,S1引出線接N回路,該接線方式滿足發(fā)電機保護的整體要求。

        5.3 機組帶負荷檢查

        發(fā)電機保護電流回路整改結(jié)束后,1號機組開機并網(wǎng)帶小負荷(30 MW)進行發(fā)電機保護A/B柜CT極性驗證性測試,測試結(jié)果正確,數(shù)據(jù)如下(見表3)。

        通過二次回路整改以及試驗檢查后,1號機發(fā)電機保護各項功能正常。

        6 結(jié)語

        此次1號機失磁保護因CT極性錯誤、缺少勵磁低電壓動作元件造成誤動作,通過及時整改,發(fā)電機組運行正常。但應(yīng)從中注意以下問題:

        (1)加強繼電保護專業(yè)人員專業(yè)技能、業(yè)務(wù)流程等內(nèi)容的培訓,提升業(yè)務(wù)技能水平。

        (2)加強現(xiàn)場管理,對設(shè)備巡檢、核對運行方式等工作加強監(jiān)督檢查,完善繼電保護定值簽收、流轉(zhuǎn)、執(zhí)行管理制度。

        (3)加強二次系統(tǒng)復核試驗、保護回路正確性檢查、反措檢查等,定期開展保護定值復核工作,特別是與電力系統(tǒng)有關(guān)的保護定值,如靜穩(wěn)邊界判據(jù)與系統(tǒng)等值電抗Xs有關(guān)。

        參考文獻

        [1] 電氣主設(shè)備繼電保護原理與運用[M].中國電力出版社,1996.

        [2] 電力系統(tǒng)微機繼電保護[M].人民郵電出版社,2005.

        [3] WFB-800A系列微機發(fā)電機變壓器保護裝置技術(shù)說明書[Z].許繼電氣股份有限公司,2008.

        保護動作時,機端測量阻抗Z=Uab/Iab=53.62∠217.78(Ω),在靜穩(wěn)阻抗圓Z1圓內(nèi),勵磁電壓0.025 V,有功功率為-108.280 W,動作點落在第三相象限,滿足裝置動作條件。但區(qū)外故障,線路非全相運行,發(fā)電機功率落在第三象限,這種現(xiàn)象是不正確的。為此,對發(fā)電機保護裝置的故障錄波數(shù)據(jù)進行了進一步分析,保護裝置啟動前后的故障錄波圖如圖5所示。

        圖5中黃線時刻為線路C相故障時刻,紅線為故障前某一時刻,從紅線處的計算值可以看出A相電壓超前A相電流(5.842-(-179.134)184.972度,故障前機組處于正常發(fā)電狀態(tài),A相電壓超前A相電流184.972度肯定是不對的,B、C相電壓同樣超前電流185度和186.2度,由此可以判斷機端失磁保護用電流互感器(與發(fā)電機差動保護共用)極性接反,而發(fā)電機運行期間的差流為零,表明發(fā)電機中性點的電流互感器極性同樣接反。

        由于機端失磁保護用電流互感器極性接反,導致發(fā)電機機端測量阻抗在區(qū)外500 kV線路C相故障跳閘后的非全相運行期間,其測量阻抗落入了失磁保護的靜穩(wěn)阻抗圓(見圖6、7)。

        從保護裝置動作錄波圖可以看出,裝置失磁保護測量阻抗變化軌跡基本不變,且處于第三象限,位于靜穩(wěn)阻抗圓內(nèi)。根據(jù)失磁保護的動作邏輯,事故時失磁Ⅰ段沒有動作信號(需延時t1=1 s),只有失磁Ⅱ段動作,說明失磁Ⅱ段動作時的判據(jù)為靜穩(wěn)阻抗Z1(不經(jīng)延時)和勵磁低電壓判據(jù)相與后經(jīng)過0.2 s延時出口(其中保護動作報告中的失磁保護動作時間38 ms為經(jīng)過0.2 s延時滿足動作條件后的延時,總的動作時間0.238 s)。由于沒有將發(fā)電機勵磁電壓接入保護裝置,因此“發(fā)電機轉(zhuǎn)子低電壓”的判據(jù)一直滿足,加之發(fā)電機保護CT極性接反,導致500 kV線路C相故障跳閘后的非全相運行期間,“機端測量阻抗”進入了“機端靜穩(wěn)阻抗圓”的動作區(qū),滿足失磁保護Ⅱ段的動作條件而出口跳閘。

        4.2 造成保護誤動的直接原因

        4.2.1 設(shè)計錯誤

        由于設(shè)計院與保護廠家在設(shè)計上存在脫節(jié),保護廠家的失磁保護方案要求引入發(fā)電機勵磁電壓,而設(shè)計院在設(shè)計上又未將發(fā)電機勵磁電壓設(shè)計引入,造成失磁保護設(shè)計方案存在問題。導致設(shè)計上沒有將機組勵磁系統(tǒng)電壓引入發(fā)電機保護裝置,致使失磁保護中“發(fā)電機轉(zhuǎn)子低電壓”判據(jù)一直開放。

        4.2.2 CT極性錯誤

        由于CT極性錯誤,造成機端測量阻抗方向錯誤,導致在500 kV線路C相單相故障跳閘后的非全相運行期間,發(fā)電機機端測量阻抗落入失磁保護的“靜穩(wěn)阻抗圓”,從而開放失磁保護Ⅱ段。

        4.3 造成保護誤動的間接原因

        電廠機組保護在設(shè)計、安裝調(diào)試、試驗驗收等各個環(huán)節(jié)上均存在管控不到位的問題,在保護裝置的安裝調(diào)試和試驗驗收期間,對保護裝置的相關(guān)二次回路、保護動作邏輯沒有逐項檢查和試驗驗證,導致發(fā)電機勵磁電壓未接入保護裝置的隱患沒有被及時發(fā)現(xiàn),在機組帶負荷檢測CT極性試驗中,也未能檢查出CT極性接反的問題。

        5 解決措施

        (1)按發(fā)電機失磁保護方案一的要求,將勵磁電壓接入發(fā)電機A、B套保護裝置,作為發(fā)電機失磁保護動作判據(jù),并進行相關(guān)保護邏輯功能及裝置采樣試驗,測試結(jié)果滿足失磁保護要求。

        (2)將發(fā)電機失磁保護(差動、失步、誤上電、逆功率)用機端CT極性改接,同時機組中性點側(cè)CT極性也做相應(yīng)調(diào)整,以滿足失磁保護極性要求,并對改接后的CT、PT相量圖進行了測量、驗證,測試結(jié)果正確。機端及中性點側(cè)CT極性調(diào)整前后的變化如圖8所示。

        (3)對1號發(fā)電機失磁保護進行檢驗,并在發(fā)電機保護電流回路整改后,通過帶負荷試驗驗證交流回路的正確性,確保發(fā)電機失磁保護功能正常,滿足要求。

        5.1 失磁保護檢驗

        5.1.1 采樣精度檢查(見表1)

        5.1.2 阻抗判據(jù)定值校驗

        定值:Z1A=22.09,Z1B=73.73

        (1)最大靈敏角測試:

        動作范圍:-10°至-168°,最大靈敏角為-89°;

        (2)動作邊界測試(見表2)。

        5.1.3 機端低電壓判據(jù)定值校驗

        機端低電壓定值:80 V。

        試驗時在機端電壓通道加入三相電壓,然后逐漸減小機端電壓至79.92 V,機端低電壓判據(jù)動作。

        5.1.4 勵磁低電壓判據(jù)定值校驗

        勵磁低電壓定值:132.8 V。

        試驗時在勵磁電壓通道加入電壓,然后逐漸減小勵磁電壓至132.76 V,系統(tǒng)低電壓判據(jù)動作。

        5.1.5 動作時間校驗

        失磁保護Ⅰ段時間定值:1 s,動作于報警;失磁保護Ⅱ段動作于跳閘;失磁保護Ⅲ段時間定值:2.5 s,動作于跳閘。

        模擬靜穩(wěn)阻抗圓動作,實測失磁保護I段報警延時:1.02 s;

        模擬靜穩(wěn)阻抗圓動作,勵磁低電壓判據(jù)滿足,實測失磁保護Ⅱ段跳閘延時:0.201 s(勵磁低電壓判據(jù)有0.2s固定延時)。

        模擬靜穩(wěn)阻抗圓動作,機端低電壓判據(jù)滿足,實測失磁保護Ⅲ段跳閘延時2.44 s。

        5.1.6 整組試驗

        模擬發(fā)電機失磁保護動作,信號及出口接點均正常閉合。

        5.2 二次回路整改情況

        (1)電廠按定值要求,將發(fā)電機勵磁電壓接入了1號發(fā)電機保護裝置。

        (2)電廠完成1號機的機端(主變低壓側(cè))CT及發(fā)電機中性點側(cè)1分支、2分支CT極性調(diào)整工作。如圖9所示,發(fā)電機保護用CT二次繞組分別為BA1/BA11a/BA11b,BA2/BA12a/BA12b,極性調(diào)整后,二次接線均從近發(fā)電機側(cè)的極性端引出,即BA1、BA2改為S1引出線接A、B、C回路,S2引出線接N回路,BA11a、BA11b、BA12a、BA12b改為S2引出線接A、B、C回路,S1引出線接N回路,該接線方式滿足發(fā)電機保護的整體要求。

        5.3 機組帶負荷檢查

        發(fā)電機保護電流回路整改結(jié)束后,1號機組開機并網(wǎng)帶小負荷(30 MW)進行發(fā)電機保護A/B柜CT極性驗證性測試,測試結(jié)果正確,數(shù)據(jù)如下(見表3)。

        通過二次回路整改以及試驗檢查后,1號機發(fā)電機保護各項功能正常。

        6 結(jié)語

        此次1號機失磁保護因CT極性錯誤、缺少勵磁低電壓動作元件造成誤動作,通過及時整改,發(fā)電機組運行正常。但應(yīng)從中注意以下問題:

        (1)加強繼電保護專業(yè)人員專業(yè)技能、業(yè)務(wù)流程等內(nèi)容的培訓,提升業(yè)務(wù)技能水平。

        (2)加強現(xiàn)場管理,對設(shè)備巡檢、核對運行方式等工作加強監(jiān)督檢查,完善繼電保護定值簽收、流轉(zhuǎn)、執(zhí)行管理制度。

        (3)加強二次系統(tǒng)復核試驗、保護回路正確性檢查、反措檢查等,定期開展保護定值復核工作,特別是與電力系統(tǒng)有關(guān)的保護定值,如靜穩(wěn)邊界判據(jù)與系統(tǒng)等值電抗Xs有關(guān)。

        參考文獻

        [1] 電氣主設(shè)備繼電保護原理與運用[M].中國電力出版社,1996.

        [2] 電力系統(tǒng)微機繼電保護[M].人民郵電出版社,2005.

        [3] WFB-800A系列微機發(fā)電機變壓器保護裝置技術(shù)說明書[Z].許繼電氣股份有限公司,2008.

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