劉財碧

【摘要】：本文針對某發(fā)電廠600MW發(fā)電機在一次測量軸承振動與勵磁電流關(guān)系的試驗過程中，發(fā)生發(fā)電機過激磁保護動作跳閘事件，從保護原理和保護動作情況等，分析、闡述了發(fā)電機過激磁保護動作的原因，根據(jù)現(xiàn)場實際情況采取了可行的防范措施，以供借鑒參考。

【關(guān)鍵詞】：發(fā)電機;過激磁保護;原因分析;防范措施

前言

某發(fā)電廠#62發(fā)電機采用東方電機廠生產(chǎn)的QFSN-600-2-22C型發(fā)電機，額定容量為600MW，額定無功功率為291MVar，額定定子電壓為22kV，額定勵磁電流4387.4A，采用同步發(fā)電機機端自并勵靜止勵磁調(diào)節(jié)方式。因#62機組在一次大修后#7、#8軸承運行中瓦振偏大，即發(fā)電機功率高于500MW時，#7瓦、#8瓦振動超過50微米。根據(jù)東方汽輪機廠家振動專業(yè)人員建議，應(yīng)開展測試#62機軸振與勵磁電流關(guān)系的試驗，以驗明#62機組#7、#8軸振與勵磁電流變化有無關(guān)系。試驗前，該發(fā)電廠制定了《運行中測試#62機組軸振與勵磁電流關(guān)系的技術(shù)方案》，并如期按該方案做#62發(fā)電機勵磁電流變動對發(fā)電機軸振的影響試驗。在試驗過程中，發(fā)生了發(fā)電機反時限過激磁保護動作將機組跳閘事件。

【正文】

一、事件概述

某日，該發(fā)電廠#62機正常運行，發(fā)電負荷有功功率570MW，無功功率8.9MVar，勵磁電流3250A，發(fā)電機機端電壓22.03kV。發(fā)變組保護為兩套國電南自DGT801A系列微機保護裝置，運行正常，無異常報警信號。發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器運行模式為恒機端電壓自動調(diào)節(jié)方式。當班值班員根據(jù)《運行中測試#62機組軸振與勵磁電流關(guān)系的技術(shù)方案》安排，將#62發(fā)電機勵磁電流由3250A增加至3480A，從DCS上監(jiān)測到發(fā)電機端電壓22.3kV，無功功率69MVar，檢查集控室立屏及DCS系統(tǒng)所有光字牌無異常報警現(xiàn)象。記錄下#7及#8瓦振與軸振后，繼續(xù)做試驗。當#62發(fā)電機勵磁電流增加至3651A，從DCS上監(jiān)測到發(fā)電機機端電壓22.6kV，無功功率121MVar時，#62機組發(fā)變組保護動作跳閘，首出原因為#62發(fā)變組保護B屏反時限過激磁保護動作，立即按#62機組事故跳閘緊急停機處理。

二、保護動作原因查找情況

隨后經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)#62機組一次設(shè)備異常，查閱機組故障錄波裝置錄取的發(fā)電機機端電壓曲線及機組保護動作記錄，過激磁保護動作倍數(shù)折算成發(fā)電機機端電壓值與機組故障錄波裝置采集的機端電壓值一致。初步分析認為是由于試驗過程中增加勵磁電流導(dǎo)致無功功率增加，從而使機端電壓升高達到發(fā)電機過激磁保護反時限I段定值而動作跳閘。

（一）機組故障錄波裝置檢查情況。

故障時刻11：35，故障錄波裝置采集到發(fā)電機機端三相的相電壓分別為Ua=13.63kV，Ub=13.62kV，Uc=13.62kV，折算成線電壓由? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?公式Ul= Uph，算得三相線電壓分別為UA=13.63×1.732=23.61kV，UB=13.62×1.732=23.59kV，UC=13.62×1.732=23.59kV，而發(fā)電機額定電壓為22kV。

（二）發(fā)變組保護屏動作記錄檢查情況。

發(fā)變組保護B屏過激磁保護反時限I段動作，CPUA、CPUB保護動作參數(shù)分別為1.0737倍、1.0733倍，動作值折算成線電壓分別是23.62kV、23.61kV。A屏過激磁保護反時限I段未動作，后經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)由于B屏“過激磁”保護已先于A屏“過激磁”保護動作致使機組解列滅磁，故A屏保護未正常動作。

（三）發(fā)變組保護屏定值檢查情況。

核查該發(fā)電廠下達的發(fā)電機過激磁保護定值單：定時限段1.07倍，9S動作于報警且減勵磁;反時限段均動作于解列滅磁，第一段保護定值Uf1=1.08，tf1=40S，第二段保護定值Uf2=1.09，tf2=25S。

事故發(fā)生后，檢查發(fā)變組保護A屏及B屏“過激磁”保護定值，發(fā)現(xiàn)兩套“過激磁”的定時限報警值均大于反時限I段跳閘值，該保護被技術(shù)人員實際整定成為：定時限段1.08倍，9S動作于報警且減勵磁;反時限段均動作于跳閘，但第一段保護定值Uf1=1.07，tf1=40S（以下各段保護定值單定值與保護裝置內(nèi)的整定值一致）?？梢姡^保技術(shù)人員在輸入發(fā)變組A、B屏過激磁保護定值單時，將過激磁定時限段的1.07倍與反時限段的定值1.08倍輸入混淆，致使保護過激磁倍數(shù)在參數(shù)分別為1.0737倍、1.0733倍時引起反時限I段動作使機組跳閘。

（四）DCS顯示故障錄波裝置采集的機端電壓檢查情況

DCS顯示發(fā)電機機端電壓22.6kV，查故障時刻DCS歷史曲線顯示與機組故障錄波裝置采集的機端電壓（23.6kV）相差1kV。

對DCS操作員站發(fā)電機機端電壓采集回路進行了檢查并緊固端子;對機端電壓變送器、故障錄波、發(fā)變組保護A屏共用的發(fā)電機出口PT（TV2-1），以及發(fā)變組保護B屏用PT（TV3-1）進行外觀檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。#62機組重新開機建壓后，檢查DCS顯示發(fā)電機機端電壓與機組故障錄波裝置采集到的發(fā)電機機端電壓顯示一致且正常。

（五）#62發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)裝置限制器動作檢查情況。

經(jīng)核實，#62發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)裝置限制器并未起到限制保護作用，其原因是#62發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)V/Hz 限制值為1.6倍，大于發(fā)變組過激磁保護限制值，導(dǎo)致了發(fā)變組保護B屏過激磁保護反時限I段動作將機組跳閘。

三、本次過激磁保護動作原因分析及暴露出的問題

（一）“過激磁”保護動作原因分析

1、電壓監(jiān)視回路出現(xiàn)異常

試驗期間DCS上顯示的機端電壓最高值22.6kV，與發(fā)變組保護B屏以及故障錄波采集到的23.6kV值出現(xiàn)了1kV的偏差，由于DCS上顯示發(fā)電機機端電壓出現(xiàn)異常，而試驗人員以DCS顯示數(shù)據(jù)作為試驗進行的依據(jù)，導(dǎo)致試驗人員繼續(xù)進行試驗，從而導(dǎo)致過激磁保護動作。

2、過激磁保護報警值高于跳閘值

發(fā)電機變壓器過激磁保護，是由定時限和反時限過激磁保護組成，整定值應(yīng)按發(fā)電機變壓器過勵磁能力較低的要求整定。具體整定計算過程如下：

發(fā)電機或變壓器運行時，其感應(yīng)電動勢或輸入端的電壓

U=4.44×2πfWSB? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（式1）

式中U—發(fā)電機機端或電源電壓;

W—繞組匝數(shù);

S—變壓器或發(fā)電機定子鐵芯的有效截面積;

f—電源頻率;

B—鐵芯中的磁密度。

由于繞組匝數(shù)W，鐵芯截面S均為定數(shù)，故將（式1）簡化為

式中 K——常數(shù)， 。

由（式2）可以看出，變壓器鐵芯中的磁密度，與電源電壓成正比，與電源的頻率成反比。即電源的升高和頻率的減低，均會造成鐵芯中的磁密度增大，進而產(chǎn)生過激磁。

變壓器和發(fā)電機的過激磁保護就是根據(jù)上述原理構(gòu)成的。

在發(fā)電機及變壓器過激磁保護中，采用一個重要的物理量，稱之為過激磁倍數(shù)。設(shè)過激磁倍數(shù)為n，它等于鐵芯中的實際磁密度B與額定工作磁密度 之比，即

式中 、 —發(fā)電機變壓器的額定電壓、頻率;

U、f—發(fā)電機變壓器的運行電壓、頻率;

U*、F*—發(fā)電機變壓器電壓、頻率的標幺值;

B、 —磁通量、額定磁通量;

n—過激磁倍數(shù);

變壓器過激磁時，n>1。n值越大，過激磁倍數(shù)越高，對發(fā)電機變壓器的危害越嚴重。

為有效保護發(fā)電機和變壓器，定時限保護動作于告警信號及減勵磁（發(fā)電機）;反時限保護動作去切除發(fā)變組。其動作方程如下：

n—測量過激磁倍數(shù);

—過激磁元件動作倍數(shù)低定值，定時限元件啟動值;

—過激磁元件動作倍數(shù)高定值，反時限元件啟動值。

定時限過激磁元件動作過激磁倍數(shù)的整定值，應(yīng)按躲過正常運行時發(fā)電機或變壓器鐵芯中出線的最大工作磁密來整定。正常運行時，變壓器的電壓最高為額定電壓的1.05倍，系統(tǒng)最低頻率最低為49.5Hz，因此，鐵芯中最大的工作磁密為額定工作磁密的1.06倍，定時限元件的動作過激磁倍數(shù)應(yīng)為

式中? —定時限元件動作過激磁倍數(shù)整定值;

—可靠系數(shù)，取1.05;

—返回系數(shù)，微機保護取0.95～0.98。

代入（式4）中得

=1.1～1.2

所以，定時限元件動作過激磁倍數(shù)取1.1～1.15是合理的，動作延時可取6～9S。

發(fā)電機或變壓器反時限過激磁保護的動作特性應(yīng)按與制造廠給出的允許過激磁特性曲線相配合來整定。如圖1所示。

并網(wǎng)允許的發(fā)電機及變壓器，其電壓的頻率覺得系統(tǒng)的頻率，允許實踐表明，除了發(fā)生系統(tǒng)瓦解性事故外，系統(tǒng)頻率大幅度降低的可能性幾乎不存在。因此，發(fā)電機與變壓器的過激磁，多由過電壓所致。

由于由于該廠#62發(fā)變組“過激磁”保護實際整定值中的定時限報警值1.08大于反時限跳閘值1.07，致使在測試#62機軸振與勵磁電流關(guān)系試驗時增加勵磁電流過程中，機組無功增加，導(dǎo)致機端電壓升高，達到“過激磁”反時限保護啟動值，定時限保護由于未達啟動值，所以未報警和啟動減勵磁，最終“過激磁”反時限I段保護起動延時動作解列滅磁。

3、發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)器未起到正常限制保護功能

圖2 AVR V/Hz限制單元與發(fā)變組過激磁保護

及發(fā)電機允許過激磁特性配合

當發(fā)電機與變壓器之間無斷路器時，其整定值按發(fā)電機或變壓器過激勵能力低的要求整定，一般發(fā)電機過激勵能力低于變壓器。其特性曲線配合見上圖2。調(diào)節(jié)器中V/Hz 限制值（曲線5）應(yīng)低于發(fā)電機過激勵定時限保護定值（曲線4），V/Hz 保護反時限（曲線3）應(yīng)與發(fā)電機過勵磁保護動作（曲線4）配合，上述限制及保護曲線均應(yīng)低于發(fā)電機允許過激磁特性（曲線1）。應(yīng)做到發(fā)生發(fā)電機過激勵時首先由勵磁調(diào)節(jié)器判斷加以限制和保護，若失效后則啟動相應(yīng)的發(fā)電機變壓器過激磁保護。

#62發(fā)電機勵磁調(diào)節(jié)V/Hz 限制值為1.6倍，大于發(fā)變組過激磁保護限制值，違反上述保護配合原則，使勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)沒起到提前限制保護作用。

（二）暴露出的問題

1、試驗方案不完善

在方案編制時對本次試驗需注意的技術(shù)問題分析不充分，在試驗方案中未安排人員核對發(fā)變組保護定值，也未安排人員試驗期間在發(fā)變組保護裝置就地監(jiān)視機端電壓及勵磁電流采樣。

2、保護定值管理不規(guī)范

電氣專業(yè)人員在#62發(fā)電機“過激磁”保護定值整定中錯誤輸入，保護定值整定制度“一人輸入一人監(jiān)護”執(zhí)行不到位。

3、電壓監(jiān)視回路異常

試驗增加勵磁電流到3800A期間，由于DCS機端電壓采集回路測量出現(xiàn)較大偏差，達1kV，由于#62機組操作員站的發(fā)電機機端電壓顯示在22.6kV，致使試驗人員誤判斷。

四、防范措施

1、遵循保護定值“四統(tǒng)一”原則對保護定值進行逐一核對、清理，并履行檢查、復(fù)核簽字手續(xù)。

2、健全方案編制的流程制度，明確方案制定參與人員，各級審批及會簽人員，嚴格簽字手續(xù)，確保方案準確全面。

3、保護定值整定時，嚴格按保護定值整定“一人輸入一人監(jiān)護”制度執(zhí)行，然后需打印出整定好的保護定值清單，由運行當值電控員或運行電氣專工再次進行復(fù)核并同時履行確認簽字手續(xù)。

4、深入檢查DCS在電壓較高情況下顯示的機端電壓與發(fā)變組保護B屏（以及故障錄波裝置）采集到的電壓出現(xiàn)較大偏差原因;對PT回路、變送器回路進行檢查校驗，消除偏差。

5、每年核查一次勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)過激磁保護限制和發(fā)變組保護過激磁保護限制的配合問題。不符合配合要求的應(yīng)立即整改。

五、發(fā)變組過激磁保護動作原因的查找方法

1、檢查保護動作情況

2、檢查保護定值是否整定錯誤。

3、檢查勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)過激磁保護限制功能是否起作用，若未起作用應(yīng)檢查其定值設(shè)定情況、與發(fā)變組過激磁保護限制的配合是否合理;若勵磁系統(tǒng)激磁保護限制動作但沒能限制勵磁電流的增加，應(yīng)檢查其輸出回路是否正常。

4、檢查電壓、頻率測量回路是否正常

5、若勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)和發(fā)變組過激磁保均正確動作，則排除人為加勵磁電流的可能，應(yīng)鎖定一次回路可能出現(xiàn)故障。

六、結(jié)束語

這是一起本不應(yīng)該發(fā)生的機組跳閘事故，由于各方面的巧合集合在一起而導(dǎo)致了這次機組非停的發(fā)生。因此，在實際工作中，要定期對所轄設(shè)備的整定值進行全面復(fù)算和校核。在機組大、小修過程中，應(yīng)規(guī)范繼電保護專業(yè)人員在各個工作環(huán)節(jié)上的行為，在檢修工作中，必須嚴格執(zhí)行保護繼電器檢驗規(guī)程及反事故措施和安全技術(shù)措施。通過有序的工作和嚴格的技術(shù)監(jiān)督，杜絕繼電保護人員因人為責任造成“誤碰、誤整定、誤接線”事故。

參考文獻

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