一起發(fā)電機(jī)保護(hù)定值計算錯誤引起的勵磁過負(fù)荷報警分析

， ， ，，，

(錦屏水力發(fā)電廠，四川 西昌 615000)

0 引 言

繼電保護(hù)裝置作為保證電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的最后一道保護(hù)屏障，有選擇性地、可靠地、快速地對故障進(jìn)行隔離，能有效地防止事故擴(kuò)大。但繼電保護(hù)裝置如何動作、如何配合是由保護(hù)定值來控制的，一旦定值整定出現(xiàn)錯誤或是在定值的執(zhí)行、管理過程中出現(xiàn)任何漏洞都將給電力系統(tǒng)帶來巨大的隱患，甚至發(fā)展為事故。

通過介紹現(xiàn)場一起由于定值整定計算錯誤引起發(fā)電機(jī)勵磁過負(fù)荷報警現(xiàn)象、危害、處理過程，由此提出相關(guān)的防范措施。

1 勵磁系統(tǒng)保護(hù)配置情況

某電廠發(fā)電機(jī)型號為HLV97-LJ-655，額定容量為600 MW，機(jī)端電壓20 kV，采用自并勵的勵磁方式。勵磁系統(tǒng)配置兩套獨(dú)立的電氣量保護(hù)，具體保護(hù)包括勵磁變差動保護(hù)、勵磁過流保護(hù)、勵磁過負(fù)荷保護(hù)。發(fā)電機(jī)、勵磁部分保護(hù)按兩塊屏配置，各配置一套RCS-985GW發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置。其中勵磁變壓器差動保護(hù)主要反應(yīng)勵磁變壓器內(nèi)部故障；勵磁過流保護(hù)主要反應(yīng)勵磁變壓器外部的過流故障；勵磁過負(fù)荷保護(hù)反應(yīng)勵磁變壓器繞組的平均發(fā)熱狀況，為充分利用勵磁變壓器的過負(fù)荷能力[1]，勵磁過負(fù)荷定時限保護(hù)只投信號，反時限投跳閘。

2 事件現(xiàn)象

2013年1月17日07：51，CCS報警：“1號機(jī)組發(fā)電機(jī)B套保護(hù)裝置報警、B套勵磁過負(fù)荷報警、A套保護(hù)裝置報警、A套勵磁過負(fù)荷報警”；2號機(jī)組報警同1號機(jī)組。07:56，1號、2號機(jī)組發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置與CCS上報警信號均自動復(fù)歸。09:11，CCS再次報與07:51相同事件，報警信號瞬時復(fù)歸。

3 事件分析與處理

3.1 現(xiàn)場檢查

09:21，現(xiàn)場檢修人員現(xiàn)地檢查發(fā)現(xiàn)1號發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置與CCS上報警信號一致，1號發(fā)電機(jī)有功為601.3 MW，無功為102.4 Mvar，勵磁電流為2 440.7 A，2號發(fā)電機(jī)有功為602.1 MW，無功為108.5 Mvar，勵磁電流為2 448.9 A。

3.2 事件分析

經(jīng)查看機(jī)組故障錄波連續(xù)錄波文件發(fā)現(xiàn)，在CCS報警時1號、2號勵磁變壓器高壓側(cè)電流(二次值)均在0.21～0.23 A之間變化，由于勵磁過負(fù)荷定時限報警電流定值為0.21 A，故1號、2號發(fā)電機(jī)保護(hù)報警正確。

經(jīng)詢問運(yùn)行值班人員得知勵磁過負(fù)荷期間對側(cè)換流站正在進(jìn)行直流負(fù)荷調(diào)整，負(fù)荷增加約為300 MW，相應(yīng)無功增加約為150 MW，07:51報警時1號機(jī)組無功120.3 Mvar、2號機(jī)組無功118.6 Mvar。09:11報警時1號機(jī)組無功130.4 Mvar、2號機(jī)組無131.6 Mvar，1號機(jī)勵磁電流瞬時最大2 495 A、2號機(jī)勵磁電流瞬時最大2 506 A。而兩臺機(jī)組在換流站負(fù)荷調(diào)整前無功均在100 Mvar左右，故判定由于發(fā)電機(jī)感性無功增加導(dǎo)致勵磁電流增加，從而導(dǎo)致勵磁過負(fù)荷報警。

通過向自動班核實(shí)得知發(fā)電機(jī)勵磁電流2 126 A為發(fā)電機(jī)功率因數(shù)為1.0時的額定勵磁電流值，此時發(fā)電機(jī)僅發(fā)出有功不發(fā)無功。當(dāng)發(fā)電機(jī)在功率因素滯后的工況下運(yùn)行時，發(fā)電機(jī)電樞電流為去磁電流[2]， 此時為維持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓不變，發(fā)電機(jī)需過勵運(yùn)行，即增加勵磁電流。而機(jī)組在額定功率因素(0.9滯后)的運(yùn)行工況下，額定 勵 磁 電 流 為2 790 A?，F(xiàn)場檢查發(fā)電機(jī)滿負(fù)荷時勵磁電流為2 442 A，未達(dá)到額定勵磁電流，故保護(hù)裝置本不應(yīng)報警。經(jīng)核查定值單和定值計算書，發(fā)現(xiàn)勵磁過負(fù)荷保護(hù)計算用的額定電流在功率因素為1.0時的額定電流，使得計算出的保護(hù)定值偏小，導(dǎo)致保護(hù)裝置報警。

3.3 勵磁繞組反時限過負(fù)荷保護(hù)原理

勵磁繞組反時限保護(hù)由以下3部分組成：下限啟動部分、反時限部分、上限定時限部分。上限定時限部分設(shè)最小動作時間定值。

當(dāng)勵磁回路電流超過下限整定值I1szd時，反時限保護(hù)起動，開始熱積累，反時限保護(hù)熱積累值大于熱積累定值保護(hù)發(fā)出跳閘信號。反時限保護(hù)能模擬勵磁繞組過負(fù)荷的熱積累過程及散熱過程。

反時限動作曲線如圖1，反時限動作方程為

[(I1/Ijz)2-1]×t≥KLzd

(1)

式中,I1為勵磁回路電流；Ijz為勵磁回路反時限基準(zhǔn)電流；KLzd為勵磁繞組熱容量系數(shù)定值。

圖1中，tmin為反時限上限延時定值，tmax為反時限下限延時，I1szd為反時限起動定值，I1h為上限電流值。

圖1 勵磁繞組過負(fù)荷反時限動作曲線

3.4 勵磁后備保護(hù)及過負(fù)荷定值整定計算

使用額定勵磁電流為2 790 A計算出的勵磁后備保護(hù)定值和過負(fù)荷保護(hù)定值。

表1 勵磁系統(tǒng)保護(hù)計算參數(shù)

3.4.1 勵磁后備保護(hù)過流Ⅱ段保護(hù)(躲過強(qiáng)勵磁時的電流)

保護(hù)動作電流為勵磁變壓器高壓側(cè)電流。

強(qiáng)勵時變壓器高壓側(cè)一次電流[3]為

Iff.t=KreNIf/nT

(2)

將表1中的數(shù)據(jù)代入公式(2)中，計算得出強(qiáng)勵時變壓器一次電流為149.14 A。

保護(hù)動作電流為

Idz=Kre1Iff.t/(nTAKd0)

(3)

取可靠系數(shù)Krel=1.2，返回系數(shù)Kdo=0.95，計算得出勵磁后備保護(hù)過流Ⅱ段保護(hù)定值為0.63 A。

該保護(hù)動作延時：t=2 s，動作于停機(jī)、滅磁和跳發(fā)電機(jī)出口斷路器，啟動發(fā)電機(jī)斷路器失靈保護(hù)和故障錄波。

3.4.2 勵磁繞組過負(fù)荷保護(hù)

(1)定時限報警段定值

勵磁繞組額定運(yùn)行條件下，勵磁變壓器高壓側(cè)一次電流為

Ie1=KrelIf/nT

(4)

將表1中數(shù)值代入公式(4)中，計算出Ie1為

74.57 A。

勵磁繞組熱過負(fù)荷定時限報警段定值為

I2=Kre1Ie1/(nTAKdo)

(4)

取可靠系數(shù)Kre1=1.2，返回系數(shù)Kdo=0.95，計算得出I2為0.27 A。

該保護(hù)延時5 s，動作于發(fā)信，啟動故障錄波。

(2)反時限整定值(用熱過負(fù)荷保護(hù)實(shí)現(xiàn))

反時限啟動定值：I3=1.05×I2=1.05×0.27=0.29 A；

反時限上限時間定值為10 s；

轉(zhuǎn)子繞組過熱常數(shù)：C′=[(Ifd/Ijz)2-1]t，按強(qiáng)勵磁2If時，允許運(yùn)行50 s，則C′=(22-1)×50=150；

勵磁繞組熱容量：C=0.8C′=0.8×150=120；

反時限基準(zhǔn)電流：Ijz=Ie1/nTA=74.57/300=

0.25 A(取正常額定電流)。

該保護(hù)動作于發(fā)信，跳滅磁開關(guān)和發(fā)電機(jī)出口斷路器，啟動發(fā)電機(jī)斷路器失靈保護(hù)和故障錄波。

表2 保護(hù)定值對比 (A)

3.5 現(xiàn)場處理

當(dāng)勵磁變壓器高壓側(cè)勵磁電流(二次值)達(dá)到反時限啟動電流值0.22 A時，對應(yīng)發(fā)電機(jī)勵磁電流為2 469.5 A。即若發(fā)電機(jī)勵磁電流大于2 469.5 A時，勵磁過負(fù)荷保護(hù)啟動，開始對勵磁繞組進(jìn)行熱積累計算，若勵磁電流持續(xù)大于2 469.5 A，當(dāng)達(dá)到勵磁繞組熱容量定值120時保護(hù)動作于跳閘。反時限勵磁過負(fù)荷保護(hù)邏輯詳見圖2。

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)勵磁繞組熱容量已經(jīng)積累到103，已經(jīng)接近跳閘熱容量定值。

檢修人員檢查出問題所在后，通知運(yùn)行人員加強(qiáng)監(jiān)視，將勵磁電流盡量控制在2 469.5 A以下。檢修人員立即將現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)的勵磁后備保護(hù)及過負(fù)荷保護(hù)計算參數(shù)使用有誤的問題反饋至定值計算單位，要求計算單位盡快核算勵磁后備保護(hù)、勵磁繞組過負(fù)荷保護(hù)定值并下發(fā)最新定值。在最新定值下發(fā)后，經(jīng)安全生產(chǎn)技術(shù)部批準(zhǔn)，檢修人員將勵磁后備保護(hù)、勵磁繞組過負(fù)荷保護(hù)定值進(jìn)行修改，消除了勵磁繞組過負(fù)荷可能導(dǎo)致機(jī)組跳閘的隱患。

圖2 反時限勵磁繞組過負(fù)荷保護(hù)邏輯框圖

4 事件后的思考

4.1 事件的嚴(yán)重后果

該事件及時發(fā)現(xiàn)、及時處理，避免了機(jī)組跳閘的可能。若事件發(fā)生后運(yùn)行人員未對發(fā)電機(jī)勵磁電流進(jìn)行控制，或在對勵磁電流進(jìn)行控制后，系統(tǒng)發(fā)生故障，調(diào)度要求機(jī)組強(qiáng)勵磁，穩(wěn)定系統(tǒng)電壓，此時將增加勵磁電流，屆時保護(hù)裝置將一定報“勵磁過負(fù)荷報警”，且進(jìn)行勵磁繞組熱積累。若在機(jī)組強(qiáng)勵保系統(tǒng)電壓時機(jī)組又跳閘，此時將加重系統(tǒng)的故障，可能引起系統(tǒng)電壓嚴(yán)重的波動。

4.2 對策及建議

(1)首先，定值計算是決定保護(hù)裝置正確動作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。定值計算人員應(yīng)具備高度的工作責(zé)任心。其次整定計算工作應(yīng)嚴(yán)格遵守計算原則和相應(yīng)導(dǎo)則，按照保護(hù)說明書要求進(jìn)行定值整定，以保證保護(hù)裝置滿足可靠性、選擇性、靈敏性和速動性的要求。

(2)定值計算單位應(yīng)多與現(xiàn)場人員溝通，詳盡地閱讀、了解被保護(hù)設(shè)備的有關(guān)資料，確保計算使用的參數(shù)正確完備。

(3)現(xiàn)場定值單的執(zhí)行必須規(guī)范仔細(xì)?，F(xiàn)場人員不僅要核算定值計算方法、過程，同樣要檢查計算參數(shù)的正確性。尤其對于新建、在建電站的電廠自管定值更應(yīng)仔細(xì)核查，規(guī)范執(zhí)行定值單。

[1] 能源部西北電力設(shè)計院.電力工程電氣設(shè)計手冊2：電氣二次部分[M].北京：中國電力出版社，1991：641-650.

[2] 辜承林，陳喬夫，熊永前.電機(jī)學(xué)[M].北京：華中科技大學(xué)出版社，2005：328-336.