一起典型的机组失磁保护动作行为分析

漳平市华口水电有限公司 江涛

一起典型的机组失磁保护动作行为分析

漳平市华口水电有限公司 江涛

通过引用某电厂一台发电机组失磁事故的经过，分析失磁保护发信及出口跳闸两种保护逻辑的构成原理，进而提出失磁保护在扩大单元接线机组应用上的注意事项，探讨了目前失磁保护典型配置中存在的问题与改进措施。

励磁故障；失磁分析；保护行为；逻辑改进

0 引言

某电厂安装三台单机容量为14.6MW的贯流式发电机组，每台机组按照继电保护典型设计配置有差动、复压过流、失磁、过电压、过负荷、励磁变过流、转子一点接地、定子一点接地等保护。该电厂通过一条110kV线路送往系统，其中#1、#2机组采用扩大单元接线，#3机组采用单元接线，#1厂变带#1、#3机组辅机负荷，#2厂变带#2机组辅机负荷(图1)，机组均安装双微机励磁装置，采用全相可控硅自并激方式提供励磁电源[1]。

1 事故经过

某日，三台机组满载运行，电厂运行人员例行开始操作带载倒换厂用电试验工作。第一次远方操作#2厂变低压侧402开关分闸，备用电源自动投入装置(BZT)动作，403联络开关合闸正常，400V厂用电II段未出现扰动，三台机组运行正常。第二次现地手动断开403联络开关，之后再手动合上402开关，恢复厂用电分裂运行时，厂房声音突然变响，监控系统显示“#2发电机电压越低限”、“#2发电机电流越高限”、“#1发电机电压越低限”、“#1发电机无功功率越高限”等光字，#2机组电流、有功出现周期性摆动现象，励磁功率屏上励磁电流输出为0，运行人员判断#2机组失磁，即将其与系统解列。至继保室检查，#2机组保护屏上有“失磁保护t1时限发信”、“过负荷”等未复归光字。

2 失磁原因

#2机组励磁装置[2]调节柜内有甲路(DC220V-〉±24V)、乙路(AC220V-〉±24V)两路开关电源供电，主要为调节器A、B通道、PLC装置，以及功率柜内的可控硅脉冲控制板提供±24V控制电源。故障后经过检测，发现甲路已无±24V输出。根据励磁装置供电回路分析判断：在第二次倒换厂用电，当断开403，合上402开关这段操作时间内，励磁装置外部供电交流电源暂时中断，乙路开关电源此时由于无外部交流电源，无法输出±24V电源，导致励磁装置脉冲触发电源消失，全相可控硅导通角瞬间全关，输出励磁电流整流电流下降至0，引起#2机组失磁进相、异步运行。

3 保护行为

3.1 阻抗元件动作情况

图1 某厂主接线示意图

表1 #2机组失磁保护动作采样报告

图2 #2机组失磁轨迹

查阅#2机组发电机失磁保护动作报告[3]，选取动作前5组和动作后10组的典型电气参数汇总见下表1，每组数据的间隔时间为0.1秒，绘制出#2机组失磁过程机端测量阻抗(图2)，可见，测量阻抗已进入异步动作圆内[4]。

3.2 失磁保护动作逻辑

#2机组失磁保护实际动作结果是保护装置已经正确启动，并在第一时间内失磁t1时限即动作发信，但为什么失磁t2时限保护没能继续动作出口呢。原来，该电厂失磁保护为典型配置，其内部保护逻辑如下图3。

3.3 失磁保护拒动分析

从该保护内部逻辑可以看出：要将失磁机组从系统中切除，须等到失磁t2时限保护出口跳闸才能完成，而且其逻辑必须满足机端低电压的条件(85%Un)，否则将被闭锁。通过对机组失磁保护动作采样报告进行综合分析(表1)，可以看到：机组失磁期间，#2机组端电压下降不大(在5.86kV～6.37kV之间)，导致其机端低电压条件无法满足，机组虽然进入失磁阻抗动作园内，但只有t1时限保护发信，而t2时限保护却被闭锁，无法跳闸出口。

4 改进措施

从事故经过可以知道，此次#2机组由失磁进相到最后异步运行，持续时间较长，为什么机端电压下降不大呢。原来#1、#2机组采用扩大单元接线（图1），事故发生时两台机组均满载运行，在失磁过程中，#1机组强励动作，一直维持6.3kVI段母线(即机端)电压在较高水平，导致了#2机组失磁t2时限保护出口跳闸被闭锁。综上所述，这种典型的机组失磁保护逻辑应用在机组扩大单元接线上是不尽合理的。

根据GB/T 14285-2006《继电保护及安全自动装置技术规程》，发电机的失磁保护应使用能正确区分短路和失磁故障的、具备复合判据的二段式方案。优先采用定子阻抗判据与机端低电压的复合判据，若与系统联系较紧密的机组宜将定子阻抗判据整定为异步阻抗圆，经第一时限动作出口；为确保各种失磁故障均能够切除，宜使用不经低电压闭锁的、稍长延时的定子阻抗判据经第二时限出口[6]，如改成以下保护逻辑(图4)

图3 机组失磁保护原动作逻辑

图4 改进后的失磁保护动作逻辑

5 结束语

福建水电资源丰富，各类型水轮发电机组众多，且大部份容量较小，为节约投资，建设方多采用扩大单元接线以及单条线路方式。由于种种原因，在保护设计和配置上存在一些不合理的地方，上述电厂机组失磁事故十分典型，据了解，目前省内很多同类电厂均存在类似的失磁保护逻辑，具有很好的借鉴意义。有一部份电厂只是自行将机端低电压闭锁条件解除(整定时将其定值调成最大)，笔者认为，根据技术规程和国网公司十八项反措要求，对扩大单元接线方式下的机组失磁保护配置，取消其机端低电压闭锁是完全必要的，考虑到外部短路、系统振荡以及电压回路断线等情况下保护存在误动的可能，对扩大单元接线机组，采用一段长延时的不经低电压闭锁的纯失磁阻抗圆判据经第二时限出口是很有意义的，同时保护逻辑保留一定的闭锁元件，如定子过流元件等，可以有效解决扩大单元接线方式下失磁保护拒动或误动的隐患。

[1]大中型水轮发电机自并励励磁系统及装置运行和检修规程，DL/T 491-2008．

[2]广州电器研究所，LTW6200水轮发电机组励磁系统使用说明书．

[3]南京自动化设备总厂，WFBZ-01型微机发变组保护装置使用说明书．

[4]王维俭，电气主设备继电保护原理与应用(第二版)，北京，中国电力出版社，2001．11．

[5]继电保护及安全自动装置技术规程，GB/T 14285-2006．

[6]国家能源局，《DL/T 684-2012 大型发电机变压器继电保护整定计算导则》，2102．07．