陳豪杰

(浙江華電烏溪江水力發(fā)電廠，浙江 衢州 324000)

一起線路跳閘引起發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動(dòng)作的分析

陳豪杰

(浙江華電烏溪江水力發(fā)電廠，浙江 衢州 324000)

介紹了一起線路跳閘引起發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動(dòng)作的經(jīng)過(guò)，通過(guò)詳細(xì)分析，查明動(dòng)作原因?yàn)閯?lì)磁系統(tǒng)保護(hù)配置不合理，制訂了相應(yīng)的防范措施，為確保發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了技術(shù)支持。

線路跳閘；發(fā)電機(jī)；失磁保護(hù)；勵(lì)磁系統(tǒng)

0 引言

某水電站裝有4臺(tái)單機(jī)容量為50 MW的水輪發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)變壓器組配置了雙套CSC-306數(shù)字式發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置，勵(lì)磁系統(tǒng)為PSVR100系列。某日，110 kV開關(guān)站某線路跳閘過(guò)程中，#1機(jī)組失磁保護(hù)動(dòng)作跳閘，本文對(duì)#1機(jī)組失磁保護(hù)動(dòng)作原因進(jìn)行詳細(xì)分析。

1 故障前運(yùn)行方式

故障前，#1機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，帶有功功率46.5 MW，無(wú)功功率6.3 MV·A，110 kV系統(tǒng)、220 kV系統(tǒng)及#1主變壓器運(yùn)行。部分一次電氣主接線方式如圖1所示。

圖1 部分一次電氣主接線方式圖

2 故障經(jīng)過(guò)

17:52:13，110 kV開關(guān)站母差保護(hù)裝置異常動(dòng)作，#1機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)故障動(dòng)作。

17:52:14，110 kV開關(guān)站某線路保護(hù)跳閘動(dòng)作、某線路開關(guān)分位動(dòng)作。

17:52:17，某線路重合閘動(dòng)作、開關(guān)合位動(dòng)作。

17:52:19，某線路開關(guān)再次跳開。

17:52:22，#1機(jī)組轉(zhuǎn)子過(guò)壓動(dòng)作。

17:52:27，#1機(jī)組失磁保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組斷路器分閘動(dòng)作、滅磁開關(guān)分位動(dòng)作，機(jī)組事故停機(jī)。

3 故障查找

故障發(fā)生后，運(yùn)行維護(hù)人員現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)110 kV開關(guān)站某線路C相瓷瓶墜落引起單相接地，并造成線路零序保護(hù)動(dòng)作線路開關(guān)跳閘。#1機(jī)組機(jī)端電壓下降，勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作，A，B套勵(lì)磁調(diào)節(jié)器報(bào)脈沖故障并退出運(yùn)行，發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動(dòng)作跳斷路器開關(guān)、滅磁開關(guān)，機(jī)組事故停機(jī)。

4 原因分析

4.1 線路C相瓷瓶墜落

線路C相橫向支持瓷瓶底腳抱箍螺桿斷裂，導(dǎo)致該處瓷瓶墜落。經(jīng)檢查，此處螺桿存在搭接現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)年累月的風(fēng)吹日曬，搭接處嚴(yán)重銹蝕造成螺桿斷裂，最終導(dǎo)致瓷瓶墜落。

4.2 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器故障動(dòng)作

勵(lì)磁系統(tǒng)故障是由脈沖故障引起的，脈沖故障一般分為3類：(1)同步測(cè)頻故障，勵(lì)磁變壓器過(guò)來(lái)的陽(yáng)極電壓頻率三相超出范圍；(2)同步相位故障，勵(lì)磁變壓器過(guò)來(lái)的陽(yáng)極電壓相位超過(guò)范圍；(3)脈沖角度故障，脈沖角度回讀時(shí)有2個(gè)以上的異常。

#1主變壓器中壓側(cè)110 kV/低壓側(cè)10.5 kV是Dy11接法，當(dāng)110 kV側(cè)線路C相接地后，UA和UB不變，UC減小,耦合到低壓側(cè)后ua不變，ub和uc減小，機(jī)端三相電壓之間的相位也會(huì)發(fā)生變化。同步信號(hào)是機(jī)端通過(guò)勵(lì)磁變壓器和同步變壓器后的電壓

信號(hào)，故在機(jī)端三相有相位偏差的情況下，也會(huì)耦合到同步信號(hào)側(cè)，所以勵(lì)磁裝置脈沖故障是同步相位故障造成的。勵(lì)磁裝置記錄的故障錄波圖如圖2所示。

圖2 勵(lì)磁裝置記錄的故障錄波圖

4.3 轉(zhuǎn)子過(guò)壓動(dòng)作

勵(lì)磁系統(tǒng)采用氧化鋅非線性電阻作為滅磁及過(guò)壓保護(hù)元件，轉(zhuǎn)子過(guò)壓信號(hào)是滅磁柜后面的小電流互感器(CT)流過(guò)電流后觸發(fā)的。由于勵(lì)磁裝置退出運(yùn)行，勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)自身功能。發(fā)電機(jī)失磁就意味著轉(zhuǎn)子電流突然消失或部分消失，同步發(fā)電機(jī)將轉(zhuǎn)入異步發(fā)電機(jī)運(yùn)行，從原來(lái)的發(fā)出無(wú)功功率轉(zhuǎn)變?yōu)槲諢o(wú)功功率。降低到某一個(gè)時(shí)刻后有功功率開始振蕩，同時(shí)定子繞組與轉(zhuǎn)子繞組之間存在互感電抗，轉(zhuǎn)子側(cè)將感應(yīng)出非常高的過(guò)電壓，達(dá)到轉(zhuǎn)子過(guò)壓動(dòng)作整定值。發(fā)電機(jī)失磁后負(fù)荷波動(dòng)曲線如圖3所示。

圖3 發(fā)電機(jī)失磁后負(fù)荷波動(dòng)曲線

4.4 發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)動(dòng)作

發(fā)電機(jī)失磁后或失磁發(fā)展過(guò)程中，機(jī)端測(cè)量阻抗要發(fā)生變化。發(fā)電機(jī)失磁后，機(jī)端測(cè)量阻抗的軌跡將沿著等有功阻抗圓進(jìn)入動(dòng)作邊界圓內(nèi)，失磁保護(hù)即會(huì)動(dòng)作。

從保護(hù)裝置動(dòng)作報(bào)告可以看出，保護(hù)動(dòng)作時(shí)發(fā)電機(jī)定子電流增大，無(wú)功功率反向，發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行，所有現(xiàn)象均是發(fā)電機(jī)失磁的典型表征，保護(hù)所測(cè)到的機(jī)端阻抗和電抗均小于保護(hù)定值，機(jī)端測(cè)量阻抗已越過(guò)靜穩(wěn)邊界阻抗圓進(jìn)入異步邊界阻抗圓，說(shuō)明發(fā)電機(jī)確實(shí)失磁，排除了發(fā)電機(jī)保護(hù)誤動(dòng)的可能。

5 防范措施[1-3]

發(fā)電機(jī)發(fā)生失磁故障后，將從系統(tǒng)吸收大量無(wú)功功率，容易導(dǎo)致系統(tǒng)電壓劇烈波動(dòng)或下降，給廠用電其他設(shè)備造成損害；而對(duì)發(fā)電機(jī)本身而言，將使發(fā)電機(jī)端部鐵芯溫度升高而發(fā)熱，導(dǎo)致絕緣受損，軸瓦振動(dòng)過(guò)大而損壞。為了吸取教訓(xùn)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，盡量避免此類事故的發(fā)生，應(yīng)采取相應(yīng)的預(yù)防措施。

5.1 加強(qiáng)設(shè)備管理和技術(shù)監(jiān)督

加強(qiáng)設(shè)備的日常巡檢，重點(diǎn)檢查絕緣瓷瓶是否有裂紋，底腳螺絲是否良好。利用線路開關(guān)停役機(jī)會(huì)統(tǒng)一更換其他存在搭接現(xiàn)象的螺桿。加強(qiáng)金屬技術(shù)監(jiān)督，配合電科院開展瓷瓶超聲波探傷工作。

5.2 合理配置勵(lì)磁系統(tǒng)相關(guān)保護(hù)功能

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，合理配置勵(lì)磁系統(tǒng)同步相位保護(hù)的功能。原同步相位保護(hù)功能作用為：勵(lì)磁裝置檢測(cè)到同步信號(hào)相位差偏離90°～150°的范圍，裝置報(bào)故障、脈沖故障信號(hào)，勵(lì)磁系統(tǒng)退出運(yùn)行。同步相位保護(hù)主要考慮保證勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行在三相不平衡狀態(tài)時(shí)，能對(duì)勵(lì)磁變壓器內(nèi)部短路起快速保護(hù)的作用，而同步相位保護(hù)動(dòng)作后勵(lì)磁系統(tǒng)退出運(yùn)行，對(duì)系統(tǒng)原因造成的同步相位保護(hù)動(dòng)作后果欠考慮。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，可弱化此保護(hù)，對(duì)同步相位保護(hù)功能進(jìn)行改進(jìn)，僅起報(bào)警作用。對(duì)其他機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)各參數(shù)的配合和保護(hù)限制的關(guān)系進(jìn)行核實(shí)，對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行完善。

5.3 提高專業(yè)技術(shù)人員業(yè)務(wù)水平

開展技術(shù)人員的專業(yè)培訓(xùn)，使其盡快熟悉、掌握發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，同時(shí)提高人員綜合素質(zhì)，增強(qiáng)快速、準(zhǔn)確處理事故的能力。

6 結(jié)束語(yǔ)

此次#1機(jī)組失磁保護(hù)動(dòng)作是一起勵(lì)磁系統(tǒng)保護(hù)配置不合理造成的發(fā)電機(jī)跳閘事件。因此，在確保勵(lì)磁系統(tǒng)正常運(yùn)行的各環(huán)節(jié)中，不僅要把好硬件質(zhì)量關(guān)，也要在現(xiàn)場(chǎng)投運(yùn)調(diào)試時(shí)對(duì)軟件性能進(jìn)行核查，使勵(lì)磁系統(tǒng)滿足電網(wǎng)各種工況下的要求，有效保證發(fā)電機(jī)和電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行。

[1]呂長(zhǎng)喜.發(fā)電機(jī)失磁跳閘原因分析及防止對(duì)策[J].電力安全技術(shù),2002，4(3):15-17.

[2]陳濤.一起水輪發(fā)電機(jī)組失磁故障的綜合分析及處理[J].廣西水利水電,2014(1)：54-57.

[3]蘇有權(quán).一起水輪發(fā)電機(jī)組失磁保護(hù)動(dòng)作原因分析及處理[J].水電站機(jī)電技術(shù),2015，38(3):52-55.

(本文責(zé)編：劉芳)

2016-10-27；

2016-12-07

TM 312

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1674-1951(2017)01-0061-02

陳豪杰(1982—)，男，浙江衢州人，工程師，從事水電廠自動(dòng)控制的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、檢修等方面的工作(E-mail:164096729@qq.com)。