臨界條件下雙套保護報警信號不一致原因分析

薛 麗 麗

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610051)

1 概 述

錦屏二級水電站總裝機容量8×600 MW。某日該電站收到遠方1號機組電氣停機流程命令，停機過程中1號發(fā)電機A套保護報“發(fā)電機過勵磁報警”“管理板報警”、“機端TV斷線”，1號發(fā)電機B套保護報“機端TV斷線”信號，安控裝置1報“1號發(fā)變組高壓側(cè)無故障跳閘”。電站安控裝置和發(fā)電機保護裝置均為雙重配置，安控裝置型號為南京南瑞穩(wěn)定控制分公司的SCS-500E，發(fā)電機保護裝置型號為南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司的RCS-985GW。一般情況下，相同配置的雙重保護或安控裝置動作應(yīng)一致，而此次停機過程中雙套保護及安控裝置所報信號則不一致，與一般情況有所不同。為了查清信號不一致原因，確保保護裝置及安控裝置的可靠性，故需對此情況進行深入分析。

2 事故分析

2.1 安控裝置2未判斷出1號發(fā)變組高壓側(cè)無故障跳閘

22︰10︰18集控發(fā)電氣停機流程停1號機組，安控裝置1成功判出1號發(fā)變組高壓側(cè)無故障跳閘，而安控裝置2未判出1號發(fā)變組高壓側(cè)無故障跳閘。根據(jù)《錦蘇直流穩(wěn)控系統(tǒng)錦東電站安控裝置技術(shù)說明書(第三版)》中[1]，機組無故障跳閘判據(jù)。機組無故障跳閘邏輯見圖1。

圖1 機組無故障跳閘邏輯圖

其中，△Is=5%In=200 A，Ps1=100 MW，Ps2=40 MW，Is1=120 A，Ts1=20 ms，突變量啟動：△Is=5%In=200 A或△Ps=50 MW。

1號機組停機前后，1號發(fā)變組高壓側(cè)的電壓電流在安控裝置1內(nèi)對應(yīng)的采樣值見表1。

表1 安控裝置1內(nèi)對應(yīng)的采樣值

在啟動前200 ms時，P-0.2S=223.9 MW>100 MW(滿足邏輯圖條件三)；

在啟動后10 ms時刻Ic=224 A，30 ms時刻Ic=24 A，Ib=14 A，Ia=12 A，P=0 MW；|It-It-20ms|≥200 A(剛好滿足邏輯圖條件一、二)；Pt

(0 MW)≤Ps2(40 MW)(滿足邏輯圖條件四)；30 ms時刻三相電流均小于Is1(120 A)(滿足邏輯圖條件五)。

機組判無故障跳閘的五個條件均滿足，經(jīng)跳閘確認時間20 ms判出1號機組無故障跳閘，因此，安控裝置1正確判出無故障跳閘。

1號機組停機前后，1號發(fā)變組高壓側(cè)的電壓電流在安控裝置2內(nèi)對應(yīng)的采樣值見表2。

表2 安控裝置2內(nèi)對應(yīng)的采樣值

根據(jù)安控裝置2在1號機組停機前后的采樣值，可以看出任一時刻點無法滿足|It-It-20ms|≥200 A的條件，導(dǎo)致安控裝置2無法判斷出機組無故障跳閘。原因為：安控裝置1、2的1號發(fā)變組高壓側(cè)電流取自不同的CT繞組，加之兩套安控的采樣時間也略有差別，導(dǎo)致電流采樣值不完全相同，任一時段20 ms之內(nèi)的電流突變量均未滿足≥200 A的條件，而安控裝置1的電流突變量剛好達到臨界值，從而導(dǎo)致安控裝置2無法判斷出機組無故障跳閘，因誤差在合理范圍內(nèi)，故確定安控裝置2沒有問題。

2.2 1號發(fā)電機保護A套過勵磁報警

22︰10︰18遠方發(fā)1號機電氣停機流程，22︰10︰19 1號機端斷路器分位到達，22︰10︰19作用于1號機組關(guān)導(dǎo)葉，22︰17︰42 1號機滅磁開關(guān)分位到達，因此，1號發(fā)電機電流為零，1號發(fā)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和頻率不斷下降，1號發(fā)電機機端電壓也不斷下降；發(fā)電機相電動勢Ep=4.44fNkw1φ，(其中f為頻率；N為發(fā)電機每相繞組總匝數(shù)；kw1為繞組基波繞組因數(shù)；φ為磁通)由于在1號機組停機過程中，1號 機滅磁開關(guān)未跳開。根據(jù)發(fā)電機相電動勢公式，機組頻率下降導(dǎo)致發(fā)電機機端電壓下降，此時勵磁調(diào)節(jié)目標(biāo)是維持機端電壓不變，勵磁系統(tǒng)將增加勵磁電流進而調(diào)節(jié)機端電壓，因此，φ磁通量增大，由于勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力有限，而頻率一直不斷下降，最終發(fā)電機相電動勢Ep下降，但機端電壓下降幅度小于頻率變化。當(dāng)達到過勵磁報警定值1.1時，經(jīng)過勵磁報警信號延時10 s動作于報警，從而1號發(fā)電機A套過勵磁報警。通過分析監(jiān)控22︰11︰00數(shù)據(jù)進行佐證：1號發(fā)電機機端線電壓、頻率，可以計算出過勵磁倍數(shù)為1.1倍，因此，1號發(fā)電機保護A套過勵磁保護報警正確。發(fā)電機出口電壓、頻率、導(dǎo)葉開度、勵磁電壓、勵磁電流監(jiān)控采樣表見表3。

表3 1號發(fā)電機出口電壓、頻率、導(dǎo)葉開度、勵磁電壓、勵磁電流監(jiān)控采樣表

2.3 1號發(fā)電機保護B套未報過勵磁報警及1號發(fā)電機保護A套報管理板報警分析

根據(jù)表三監(jiān)控采樣數(shù)據(jù)可以計算出過勵磁倍數(shù)，在1號發(fā)電機保護A套報“過勵磁”信號期間(22︰10︰57～22︰11︰07)，可以看出過勵磁倍數(shù)在1.1倍左右變化，處于臨界值附近，同時1號發(fā)電機保護A、B套電壓量取自不同的PT，由于不同PT特性差異，保護裝置采樣計算的差異，造成兩套保護過勵磁保護動作情況不一致。因此會出現(xiàn)1號發(fā)電機A套保護裝置過勵磁報警，1號發(fā)電機保護B套裝置過勵磁不報警。

RCS-985保護裝置包含兩個獨立的CPU系統(tǒng):低通、AD采樣、保護計算、邏輯輸出完全獨立，CPU2系統(tǒng)作用于啟動繼電器，CPU1系統(tǒng)作用于跳閘矩陣。任一CPU 板故障，裝置閉鎖并報警，杜絕硬件故障引起的誤動。當(dāng)CPU1板未啟動而CPU2板啟動超過10 s時，裝置將發(fā)管理板報警信號。1號發(fā)電機A套裝置出現(xiàn)管理板報警的原因是本裝置兩個CPU系統(tǒng)在保護定值臨界值附近動作不一致導(dǎo)致[2]。

2.4 1號發(fā)電機保護A、B套報“機端TV斷線”報警分析

在22︰16︰31時刻1號發(fā)電機保護A、B套裝置報警“機端TV斷線”，根據(jù)機端電壓回路TV斷線報警動作判斷：(1)正序電壓小于18 V，且任一相電流大于0.04In；(2)負序電壓3U2大于8 V，滿足以上任一條件延時10 s發(fā)相應(yīng)TV斷線報警信號，異常消失，延時10 s后信號自動返回[3]。在1號機組停機過程中，1號機端斷路器跳開后，機端、中性點電流消失，因此，不滿足動作判據(jù)(1)。經(jīng)查看1號發(fā)電機保護A、B套CPU啟動波形文件分析[4]，機端負序電壓U2在3 V左右，3U2=9 V，滿足負序電壓3U2大于8 V條件，經(jīng)檢查1號機組故障錄波形，在22︰16︰21時刻U2為3.11 V，3U2=9.33 V，滿足負序電壓3U2大于8 V條件，正確啟動；經(jīng)10 s延時在22︰16︰31報“機端TV斷線”，1號發(fā)電機保護A、B套正確報出；在22︰16︰54時刻U2為2.581，3U2=7.743 V，不滿足負序電壓3U2大于8 V條件，開始返回；經(jīng)10 s在22︰17︰04(3U2=7.464 V)延時“機端TV斷線”報警復(fù)歸。

經(jīng)查詢監(jiān)控數(shù)據(jù)，確認在22︰16︰21發(fā)電機頻率已經(jīng)下降至13.67，由于1號發(fā)電機保護A、B套及1號故障錄波裝置采樣頻率均在工頻(50 Hz)下進行采樣，工頻條件下采樣值精確；如果在低頻下進行采樣，采樣值會出現(xiàn)較大偏差。當(dāng)機組頻率在13.67 Hz時1號發(fā)電機保護A、B套及1號故障錄波裝置采樣，將出現(xiàn)三相電壓采樣不準(zhǔn)確的問題，即在同一時刻點機端三相電壓采樣變化較大，容易出現(xiàn)三相電壓不平衡，從而導(dǎo)致產(chǎn)生負序電壓(即虛假負序電壓)[5]；在正常停機過程中滅磁開關(guān)跳開，機端電壓下降較快并消失，保護及故障錄波裝置在低頻狀態(tài)下采樣電壓時間較短，達不到判斷TV斷線延時報警時間10 s，故未報出；但此次1號機滅磁開關(guān)在22︰17︰43時刻才斷開，機組機端電壓持續(xù)降低時間較長，因此，保護和故障錄波裝置在低頻狀態(tài)下采樣時間較長，當(dāng)采樣的機端三相電壓不平衡度達到3U2>8 V時即延時10 s報出，故1號發(fā)電機保護A、B套報“機端TV斷線”報警為正確報出。

3 結(jié) 語

經(jīng)過認真分析對比數(shù)據(jù)，確認1號機組停機過程中各元件動作正確，裝置報警不一致原因為臨界條件下的采樣偏差，不存在誤動和拒動，動作正確率100%。對于雙重化配置的保護及自動化裝置，在同一系統(tǒng)條件下，因為處于臨界點而造成兩套裝置信號不一致，此時專業(yè)人員應(yīng)全面收集電氣量數(shù)據(jù)，結(jié)合裝置原理進行詳細分析，確保繼電保護及自動化元件動作的準(zhǔn)確性，及時發(fā)現(xiàn)和處理異常問題，保障設(shè)備高可靠性和可利用率。參考文獻：

[1] 南瑞穩(wěn)定控制分公司．《錦蘇直流穩(wěn)控系統(tǒng)錦東電站安控裝置技術(shù)說明書(第三版)》[R]. 2014.

[2] 南京南瑞繼保電氣有限公司．《RCS-985系列水電機組保護(國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)版R3.20)》[R].2010.

[3] 薛峰.怎樣分析電力系統(tǒng)故障錄波圖[M]．中國電力出版社,2014，(12):47-57.

[4] 國家電力調(diào)度通信中心. 繼電保護培訓(xùn)教材[M]．中國電力出版社,2010，(6):113-124.

[5] 劉萬順．電力系統(tǒng)故障分析[M]．中國: 北京電力出版社，1998.

[6] 王榮超.雙重化配置的保護動作行為不一致時的分析[J]．電工技術(shù)，2018，( 7) : 33-35.