关于桐柏1号机组失磁保护动作浅析

郑柏青

(华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江天台317200)

0 设备概况

桐柏抽水蓄能电站位于浙江省天台县境内的始丰溪支流百丈溪上，距天台县城7km。电站总装机容量为1200MW，单机容量为300MW，共4台机组。抽水蓄能电站与常规机组相比较，运行工况较多，有发电、发电调相、抽水、抽水调相等数种工况。为保证机组可靠运行，4台机组均配置了ELIN的DRS保护装置，配备了西门子公司的SIMEASR数字故障和电能质量录波器。机组设置失磁保护(40G-A、40M-A)，作为防止机组在任何运行工况中励磁电流过低或励磁电流突然消失，导致机组从系统中吸收大量的无功功率造成严重定子过流发热以及转子线圈局部过热甚至失稳异步运行的保护，设置了发电方向和抽水方向两套独立失磁保护，该保护分两段动作，长延时动作判据为功角过大，短延时动作判据为功角过大与励磁电流过小。机组励磁采用自并励静止整流励磁系统。设置了两套独立的自动调节通道(通道1和通道2，此次保护动作时，励磁在通道2运行)，两套调节通道互为热备用、相互自动跟踪。两套调节通道能手动进行切换，并在运行通道故障或机端电压采样故障时自动切换至备用通道。为了检测两套通道的完好情况应对励磁调节器的主备用通道进行定期切换。励磁调节器采用GMR3型数字电压调节器，该调节器由下列组件组成:①电源板NGT2，为调节器各组件供电；电源板IWN_B，为调节器内部的输入/输出回路供电；②主处理器板MRB3，实现自动电压调节、各种限制功能、附加的调节功能以及励磁的整个控制逻辑；③子处理器和信号处理板PGS3，由3个子处理器组成(子处理器A用于门脉冲控制，子处理器B用于手动电流调节，子处理器C用于测量值的处理)；④通讯板LCOM，实现调节器内部以及与监控系统的通讯；⑤测量值转换板IWK2，将来自传感器的测量值转换为调节器的输入电平；⑥现地运行操作终端ELTERMGMR，用于现地操作，参数、故障信息的显示。

1 失磁保护动作现象

某日凌晨01∶00点，桐柏500kV系统5051开关、5054开关及桥引线5012开关均正常运行，1～4号主变正常运行，1号、2号、3号3台机组抽水工况稳态运行，4号机组备用，厂用电分段运行。其中1号机于00:14:59抽水调相开机，00:21:55并网，00:34:43转抽水，00:36:13抽水稳态运行。01:09:59时，上位机发现厂用电系统中，上库和下库400V备自投动作信号；01:10:04时，1号机保护A组电动工况失磁保护40M-AⅡ段动作、1号机A组保护事故信号跳闸、1号机保护停机1跳闸、1号机发电机出口开关位置分闸；1号机事故停机后，控制室值班人员马上汇报了华东网调，并申请4号机抽水开机转移负荷，得到网调同意，4号机启动运行正常。现场检查，发现1号机GCB、ECB已经分闸，A组保护盘面上:40M-A(失磁保护)红灯、黄灯亮，21.1G/M-A(低阻抗保护)黄灯亮；B组保护盘面上:46.11M-B(负序过流保护)黄灯亮；机组现地控制盘LCU1触摸屏无反应；1号机励磁存在外部报警信号(externaltrip.)。

从监控调取的事件记录摘要如下:

01:10:02 .9601号机电压>90%否

01:10:03 .2271号机A组保护电动工况失磁保护40MI段启动

01:10:03 .2271号机A组保护电动工况失磁保护40M II段启动

01:10:04 .2271号机A组保护电动工况失磁保护40M II段动作

01:10:04 .2891号机发电机出口开关分闸

01:10:04 .2921号机灭磁开关分闸

2 原因分析

现场运行人员对1号机相关一次设备外观检查情况均正常。检修人员听取运行人员对事故情况的初步汇报，联系当时运行方式下机组运行情况，通过自身多年事故处理经验判断，怀疑保护误动的可能性较大。于是由现场运行人员将1号机A、B两套保护压板全取下，解除1号机保护出口回路，检修人员用继电保护校验仪加入三相正序电压(加入三相相电压的二次值为57.73V)，从保护装置读取机端线电压值为99.8V，同样也对相关电流回路也进行采样试验。试验结果表明1号机A、B套保护的电压、电流采样回路情况均正常；在加电气量的同时，对保护装置背板的数据排线也进行了检查，情况正常。因此排除了由于保护装置或数据排线故障引起保护动作的可能性，即保护并非误动。

随后从监控调取1号机失磁保护动作出口跳机时所有相关电气量曲线时，发现其中的无功曲线(见图1)非常特别。曲线上显示1号机无功于01:09:56开始进相，由22.22Mvar迅速进相至-255.39Mvar(01:10:04)，进相程度很深，而且进相速度非常快，仅8s内进相约278Mvar，每秒34Mvar左右；1号机机端电压也从正常值下降到85%额定值左右。而且在失磁保护动作前，由于1号机组深度进相导致的系统电压下降，从厂用电400V系统中部分备自投动作也能得到印证。通过对上位机信号及1号机相关电气量数据查询，初步判断是由于无功深度进相引起机端电压快速下降，从而导致机组失磁保护动作出口。

图1 1号机无功曲线

作出初步判断后，检修人员立即调取1号机保护装置录波图形见图2:

从录波图形中可知，在失磁保护动作前，1号机机端电压一直在下降(与正常值相比下降约13V(二次值))，机端电流一直在上升。失磁保护动作瞬间，UBC=82.28∠135°，IA=0.975∠0°A(以上均为二次值)，根据桐柏失磁保护原理计算此时的阻抗值得:Z=UBC/IA/57.73=1.47∠135°Ω，根据桐柏失磁保护的整定值，该阻抗值已经进入了整定阻抗圆，于是保护出口跳闸。

图2 1号机保护装置录波图形

由此，判定此次1号机失磁保护动作的原因是:1号机在抽水工况运行过程中，励磁系统收到的无功设定值无故发生了变化，导致1号机无功深度进相，从而使1号机机端电压下降、机端电流上升，失磁保护的测量阻抗值进入失磁保护整定阻抗圆，失磁保护动作。因为当时1号机励磁调节器是在通道2运行，于是对通道2进行检查，发现励磁调节器通道2的LOCM板已经损坏，直接导致励磁系统内外部通讯均中断，励磁系统丢失了外部(监控)送来的无功设定值，也无法收到励磁系统内部的无功初始设定值，从而使机组在抽水工况下深度进相运行，直至失磁保护动作出口。

采取措施:更换1号机励磁调节器通道2的LCOM板，并修改励磁程序中的设定，将无功设定值是否有效的门槛值P58由+0.1001提高到+0.33。这样即使再发生类似情况，机组的进相也不会太大，不会造成机组失磁保护动作。

4 结论

虽然此次1号机失磁保护动作出口跳机的原因很明确，励磁调节器LCOM板工作异常，使励磁系统收到的无功设定值无故发生了变化，是失磁保护动作的直接原因；事故处理过程也很顺利；但最后采取的防范措施总让人感觉不踏实，LCOM板工作异常能导致无功设定值丢失甚至变化，是否也会导致门槛值丢失或变化呢？P58原先设定值为+0.1001，对应的机组无功进相下限值是-240Mvar，但实际进相深度达-255.39Mvar，门槛值似乎并没有起到限制进相深度的作用；换板之后仅增加门槛值还是值得商榷的，还需要联系励磁调节器厂家，要求其给出明确的解释。