燃機(jī)發(fā)電機(jī)過激磁保護(hù)動作跳閘事故分析及處理

姜志慧，王耀坤

(珠海市鈺海電力有限公司，廣東 珠海 519055)

1 設(shè)備概況

國內(nèi)某燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠采用S209FA機(jī)組，為1套780 MW級“二拖一”燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)供熱機(jī)組，其配置為2臺PG9351FA燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)(以下簡稱燃機(jī))、2臺余熱鍋爐、1臺汽輪發(fā)電機(jī)。燃機(jī)發(fā)電機(jī)為配合變頻啟動模式需要，出口電壓互感器(PT)采用一次側(cè)中性點不接地方式運(yùn)行；汽輪發(fā)電機(jī)出口PT一次側(cè)為國內(nèi)常規(guī)直接接地方式，燃機(jī)發(fā)電機(jī)保護(hù)采用美國GE公司G60，T60和C60微機(jī)保護(hù)。

2 G60裝置過激磁保護(hù)誤動過程描述

2016年6月12日，#2燃機(jī)負(fù)荷184.0 MW，#3汽機(jī)負(fù)荷95.4 MW，總負(fù)荷約280.0 MW，熱網(wǎng)供熱負(fù)荷80 GJ/h，#1燃機(jī)備用，機(jī)組自動發(fā)電控制(AGC)投運(yùn)。

00：23：00，#2發(fā)電機(jī)勵磁電壓263.0 V，勵磁電流906 A，無功功率28 MV·A，發(fā)電機(jī)出口電壓15.4 kV，功率因數(shù)0.98，勵磁溫度40.7 ℃，網(wǎng)頻50.01 Hz。

00：24：00，#2發(fā)電機(jī)突然解列，發(fā)電機(jī)出口802開關(guān)跳閘，汽機(jī)運(yùn)行正常。就地檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)A套G60保護(hù)裝置無跳閘報警信號，B套G60保護(hù)裝置報“過激磁保護(hù)動作”跳閘信號；#2燃機(jī)MARK VI報警：“EX2K TRIP”(勵磁系統(tǒng)跳閘)、“EX AND GEN BREAKER TRIP VIA 86G-2B”(B套保護(hù)動作勵磁和發(fā)電機(jī)斷路器跳閘)、“EX AND GEN BREAKER TRIP VIA 86G-2A”(A套保護(hù)動作勵磁和發(fā)電機(jī)斷路器跳閘)、“GENERATOR BREAKER TRIPED”(發(fā)電機(jī)出口斷路器跳閘)；NCS報警：AGC退出；DCS光字牌報警：“#2發(fā)電機(jī)出口開關(guān)802跳閘”；勵磁小間面板報警：44 TRIP TRIP VIA LOCKOUT(86)(發(fā)電機(jī)保護(hù)聯(lián)跳)。

00：25：00汽機(jī)調(diào)門關(guān)，快減負(fù)荷，值長聯(lián)系熱調(diào)退出熱網(wǎng)；00：33：00經(jīng)調(diào)度同意后停#2燃機(jī)、#3汽機(jī)，汽機(jī)轉(zhuǎn)速下降，油系統(tǒng)聯(lián)啟正常；01：17：00汽機(jī)轉(zhuǎn)速至0 r/min，盤車投入正常。

3 G60裝置過激磁保護(hù)誤動過程原因分析

3.1 故障錄波圖分析

(1)調(diào)取B套G60保護(hù)發(fā)電機(jī)出口電壓故障時波形如圖1所示。

(2)A套G60保護(hù)裝置未出口，據(jù)內(nèi)部邏輯設(shè)置未啟動錄波。

(3)調(diào)取#2發(fā)電機(jī)變壓器組(以下簡稱發(fā)變組)故障錄波器波形，PT取自發(fā)電機(jī)出口斷路器主變壓器側(cè)，波形未發(fā)生畸變。

(4)調(diào)取#2燃機(jī)勵磁系統(tǒng)報告，因勵磁調(diào)節(jié)器采用線電壓，不同于過激磁保護(hù)采用的相電壓，其三次諧波分量已被濾除，不能證明相電壓是否平衡。

進(jìn)一步分析，該廠發(fā)電機(jī)出口配置兩組PT裝置，分別供A套、B套G60保護(hù)使用，同時也供給勵磁調(diào)節(jié)器使用。對B套G60裝置故障時錄波圖(圖1)進(jìn)行分析，可以看出相電壓波形有明顯畸變，而線電壓波形圖正常，結(jié)合G60過激磁保護(hù)采用相電壓進(jìn)行計算，勵磁調(diào)節(jié)器采用線電壓進(jìn)行計算，可以解釋雖然G60保護(hù)裝置和勵磁調(diào)節(jié)器采用同一組PT的同一線圈，卻只有G60裝置過激磁保護(hù)動作，而勵磁調(diào)節(jié)器過激磁保護(hù)未啟動(動作)。

圖1 B套G60過激磁保護(hù)動作相電壓和線電壓波形

在當(dāng)前機(jī)端PT一次中性點不接地運(yùn)行方式下，經(jīng)過幾年運(yùn)行后，B套G60所采用的三相PT特性存在差異，在PT二次側(cè)(星接、中性點接地)相電壓產(chǎn)生三次諧波，且中性點偏移，當(dāng)某相電壓偏高導(dǎo)致基波及三次諧波疊加引起過激磁保護(hù)動作(取最高相電壓)時，因勵磁調(diào)節(jié)器過勵磁保護(hù)采用線電壓計算，其三次諧波分量已被濾除，保護(hù)未啟動[1]。

3.2 故障錄波分析結(jié)論

(1)錄波圖(圖1)顯示保護(hù)裝置感受到的波形有嚴(yán)重畸變，在此種情況下，保護(hù)裝置是否能夠正確動作，需通過試驗確認(rèn)(確認(rèn)保護(hù)裝置的正確性)。

(2)00：20：17過激磁保護(hù)啟動(1.06 p.u.)，至00：20：27保護(hù)動作(定值10 s)；再從00:22:35過激磁反時限段啟動(1.09 p.u.)，到00:24:40保護(hù)動作出口，整個“故障”過程經(jīng)歷了4 min而且是發(fā)展的，最初并未達(dá)到反時限動作定值。

(3)分析機(jī)組故障錄波器錄取波形，并未產(chǎn)生畸變。兩組波形取自不同PT，采用不同廠家的產(chǎn)品。而故障時刻從分散控制系統(tǒng)(DCS)、MARK VI、發(fā)電機(jī)A套保護(hù)均不能看到波形。對于出現(xiàn)波形不一致的情況，作者一致認(rèn)為發(fā)電機(jī)無故障情況存在。對發(fā)電機(jī)出口PT的波形存在疑點，應(yīng)對該組PT及其二次回路進(jìn)行檢查。

3.3 保護(hù)裝置采樣檢查及結(jié)論

(1)標(biāo)準(zhǔn)波形下保護(hù)裝置的測試。6月12日凌晨對#2燃機(jī)發(fā)電機(jī)A套、B套G60保護(hù)裝置進(jìn)行交流采樣精度試驗、過激磁保護(hù)告警定值試驗以及過激磁反時限保護(hù)傳動試驗均正常。

(2)確認(rèn)過激磁保護(hù)采用相電壓還是線電壓試驗。6月15日對保護(hù)進(jìn)行單相加電壓試驗，達(dá)到1.09倍定值動作；相間加電壓，達(dá)到1.09倍定值動作。證實過激磁保護(hù)所取電壓為相電壓，且實際采樣值達(dá)到定值時保護(hù)能夠正常啟動并動作出口。

(3)模擬故障波形測試。6月16日進(jìn)行故障時波形回放試驗。將故障時B套G60保護(hù)裝置所錄取的波形外加至A，B兩套G60保護(hù)裝置，保護(hù)裝置均動作出口。

3.4 電壓互感器及二次回路檢查情況及結(jié)論

(1)B套G60保護(hù)用PT檢查及試驗。6月12日對發(fā)電機(jī)出口PT進(jìn)行檢查，外觀未見異常。當(dāng)晚將B套保護(hù)用PT拆下，6月13日將PT送電科院進(jìn)行單體檢查試驗，15：00：00完成全部7項交接試驗項目，試驗結(jié)果未見異常。

(2)PT二次回路檢查。6月12日檢查保護(hù)裝置二次回路，核對接線，未見異常。6月15日在發(fā)電機(jī)PT端子箱上拆除四組PT二次回路上的接地點，搖測絕緣合格，并確認(rèn)為唯一接地點。

(3)#1燃機(jī)PT二次錄波。因#1，#2燃機(jī)發(fā)電機(jī)出口PT接線方式一致，均為一次中性點不接地方式，且通過對以前裝置記錄的檢查，發(fā)現(xiàn)同樣有過激磁保護(hù)報警段(1.06 p.u.，10 s)動作情況。故6月15—19日對#1燃機(jī)發(fā)電機(jī)出口PT進(jìn)行連續(xù)錄波，在錄波波形中發(fā)現(xiàn)持續(xù)的三次諧波分量(約7%)，但未抓到#2燃機(jī)跳閘時嚴(yán)重畸變的波形。

(4)PT二次回路經(jīng)檢查未發(fā)現(xiàn)異常，電纜屏蔽層一點接地，屏蔽可靠，且電纜單獨使用，接入保護(hù)盤端子排，連接可靠，受外部干擾的可能性較小。

(5)PT單體試驗合格，但因一次中性點不接地，其均衡度不同，會在PT二次側(cè)(星接、中性點接地)相電壓產(chǎn)生三次諧波，同時中性點偏移，某相電壓偏高，存在因基波及三次諧波疊加下引起過激磁保護(hù)動作(取最高相電壓)的可能[2]。

(6)在對#1燃機(jī)發(fā)電機(jī)保護(hù)用PT連續(xù)測試期間，保護(hù)裝置未出現(xiàn)報警信息，確認(rèn)保護(hù)裝置計算值未達(dá)到過激磁保護(hù)報警值(1.06 p.u.)。

3.5 G60裝置過激磁保護(hù)誤動過程原因分析結(jié)論

此次G60過激磁保護(hù)動作跳機(jī)事件發(fā)生后，經(jīng)過一系列全面試驗及檢查，未發(fā)現(xiàn)一次設(shè)備存在過激磁現(xiàn)象，一次PT經(jīng)試驗檢查參數(shù)特性均良好，經(jīng)空載試驗錄波確認(rèn)PT一次中性點不接地運(yùn)行雖有電壓不均衡現(xiàn)象，但不會到達(dá)過激磁保護(hù)動作值。在檢查設(shè)備的同時，還發(fā)現(xiàn)G60過激磁保護(hù)原理上存在缺陷，即相/線電壓的不可選擇性，會導(dǎo)致發(fā)電機(jī)單相接地故障時過激磁保護(hù)誤動。所以，本次故障為一次由設(shè)計缺陷和燃機(jī)固有運(yùn)行特性引起的過激磁保護(hù)誤動作。

4 G60裝置過激磁保護(hù)誤動處理方案

4.1 方案的制定及選擇

針對本次過激磁保護(hù)動作因PT一次側(cè)中性點不接地運(yùn)行方式，在三相PT特性一致性出現(xiàn)大的偏移時，二次側(cè)相電壓發(fā)生畸變，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)過激磁保護(hù)動作，追根溯源，提出以下4種解決方案。

方案1：將機(jī)端PT一次側(cè)中性點接地。增設(shè)一程控快速接地開關(guān)，在機(jī)組3 000 r/min定速后，使發(fā)電機(jī)機(jī)端PT一次側(cè)中性點以接地方式運(yùn)行。此方案能夠有效避免發(fā)電機(jī)機(jī)端PT一次側(cè)中性點不接地時出現(xiàn)的相電壓不平衡現(xiàn)象，從而在根本上避免此類事故再次發(fā)生。

方案2：更換PT。將現(xiàn)B套G60保護(hù)所用PT更換為特性一致性更好的PT。此方案采購PT周期較長，且更換后無法保證特性一致性，費用較高。

方案3：修改保護(hù)計算方法。將G60保護(hù)的過激勵保護(hù)計算源由原來的相電壓改為線電壓，可避免由于保護(hù)裝置計算方式有可能導(dǎo)致的此類事故再次發(fā)生，但目前GE公司保護(hù)裝置不具備此種修改功能，不具備可行性。

方案4：吸收諧波含量，矯正波形。對保護(hù)動作時波形進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)三次諧波含量多達(dá)6%，從而導(dǎo)致波形畸變，相電壓不平衡，通過在PT二次側(cè)并入100 V/100 V、容量為50 V·A的消諧小PT，可有效抑制三次諧波含量，對波形進(jìn)行矯正，避免過激磁保護(hù)因相電壓不平衡而動作。此方案易于實施、周期短且成本低。

綜合對比上述4種解決方案，最終選取方案4實施。保護(hù)用PT二次側(cè)加裝消諧小PT功能如圖2所示。

圖2 保護(hù)用PT二次側(cè)加裝消諧小PT功能示意

4.2 方案驗證

按方案4在B套G60保護(hù)用PT二次側(cè)加裝消諧小PT，啟機(jī)做空載試驗，錄取機(jī)端電壓波形進(jìn)行分析驗證。在消諧小PT未投入時，機(jī)端相電壓不平衡度高達(dá)9.88%((61.253 5-55.746 8)/55.746 8×100%=9.88%)，C相三次諧波含量高達(dá)6.45%(如圖3所示)；消諧小PT投入后，相電壓不平衡度不足1.00%，且三次諧波分量也小至1.00%(如圖4所示)。由此可見，加裝消諧小PT后，能有效抑制因PT一次側(cè)中性點不接地和PT特性差異導(dǎo)致二次電壓含有大量三次諧波引起電壓不平衡現(xiàn)象的發(fā)生[3]。

圖3 消諧小PT投入前機(jī)端電壓波形

圖4 消諧小PT投入后機(jī)端電壓

5 結(jié)論

對燃機(jī)發(fā)電機(jī)G60保護(hù)裝置過激磁保護(hù)動作原因進(jìn)行分析，找到動作原因后，通過增加消諧小PT的方法，較好地消除了二次電壓中的諧波分量，在最優(yōu)費用條件下，避免了類似問題再次發(fā)生，完善了保護(hù)功能。在后期對保護(hù)裝置軟件進(jìn)行升級使過激磁保護(hù)采用線電壓進(jìn)行計算，徹底解決了此問題。