发电机低励失磁保护Ⅲ段误动原因分析和预防措施

王绍平

(华电四川发电有限责任公司 攀枝花分公司，四川 攀枝花 617065)

1 #12发电机组和低励失磁保护概况

华电四川发电有限责任公司攀枝花分公司#12发电机系哈尔滨电机厂制造的QF150－2型密闭循环空冷三相交流静止可控硅自并励同步汽轮发电机，发电机采用密闭式空气循环冷却，定子为双星形连接，中性点不接地。发电机励磁系统为静止可控硅自并励磁系统组成。发电机变压器组采用双保护配置，A，B套保护均为许继WFB－800系列微机保护装置。发电机低励失磁保护共分4段，低励失磁保护Ⅰ段和Ⅳ段动作结果减出力，低励失磁保护Ⅱ段和Ⅲ段动作结果停机。

1.1 发电机组失磁保护定值

发电机组失磁保护定值为:保护型号，WFB－801;制造厂家，许昌继电器集团公司;额定功率，150 MW;额定电压，15.75 kV;静稳动作阻抗 Z1A，3.59 Ω;静稳动作阻抗Z1B，－35.34Ω;系统低电压，85V;励磁低电压，60 V;凸极功率，6 W;Ufd(P)斜率，0.34;机端低电压，80 V;TV断线闭锁投退，投入;一段延时时间，0.5 s;二段延时时间，1.0 s。

1.2 失磁保护逻辑关系

失磁保护逻辑关系如图1所示。

1.3 保护原理

静稳极限励磁电压Ufd(P)主判据。该判据的优点是:凡是能导致失步的失磁初始阶段，由于Ufd快速降低，Ufd(P)判据可快速动作。在通常工况下失磁，Ufd(P)判据动作大约比静稳边界阻抗判据动作提前1 s以上，有预测失磁失步的功能，显著提高机组出力或切换励磁的效果。

图1 失磁保护逻辑关系

定励磁低电压辅助判据。为了保证在机组空载运行及P＜Pt的轻载运行情况下失磁时保护能可靠动作，或为了全失磁及严重部分失磁时保护能较快出口，附加装设整定值为固定值的励磁低电压判据，简称为“定励磁低电压判据”，其动作方程为Ufd≤Ufd.set，式中:Ufd.set为励磁低电压动作整定值，整定为(0.2 ～ 0.8)Ufd0，一般可取 Ufd.set=0.8Ufd0。若“定励磁低电压判据”单独出口，还需采取“I＜0.06In”的闭锁措施，以防止发电机并网及解列过程中失磁保护误出口。在系统短路大干扰及大干扰引起的系统振荡过程中，“定励磁低电压判据”不会误动作。

静稳边界阻抗主判据。阻抗扇形圆动作判据匹配发电机静稳边界圆，采用0°接线方式(Uab，Iab)。发电机失磁后，到达静稳边界附近进入圆内。静稳边界阻抗判据满足后，至少延时1.0～1.5 s发失磁信号、压出力或跳闸，延时1.0～1.5 s的原因是躲开系统振荡。扇形与R轴的夹角为10°～15°，可躲开发电机出口经过渡电阻的相间短路，以及躲开发电机正常进相运行。需要指出的是，发电机产品说明书中所刊载的xd值是铭牌值，用“xd(铭牌)”符号表示它是非饱和值，是发电机制造厂家以机端三相短路但短路电流小于额定电流的情况下试验取得的，误差大，计算定值时应注意。

主变压器高压侧三相同时低电压判据:发电机失磁后，可能引起主变压器高压侧(系统)电压降低，引发局部电网电压崩溃。因此，在失磁保护配置方案中，应有“三相同时低电压”判据。为防止该判据误动，该判据应与其他辅助判据组成“与”门出口。此判据主要判断失磁的发电机对系统电压(母线电压)的影响，Ut≤Ut.set，Ut.set为主变压器高压侧电压整定值，一般可取(0.80～0.90)Utn。某些场合发电机失磁后，主变压器高压侧电压不可能降到整定值以下，则该判据也可改为“发电机机端三相同时低电压判据”，即 Ug≤Ug.set，Ug.set可取(0.75 ～0.90)Ugn。采用机端三相低电压判据有时为了保证厂用电，有时仅为了与Ufd(P)(或静稳阻抗判据)组成“与”门出口，以防止由于Ufd(P)(或静稳阻抗)单独出口时可能发生的误动作，因此选择Ug.set有较大的灵活性。

2 发电机失磁Ⅲ段保护跳闸原因分析

(1)#12发电机“低励失磁保护Ⅲ段”动作系110kV系统振荡和失磁保护系统电压消失满足失磁保护三段动作整定值所致。失磁保护系统电压原设计取自220 kV系统，在2008年攀枝花电网结构和方式调整时，将#12机组由220 kV系统运行改为110 kV系统运行，失磁保护系统电压未改造。2008年9月7日，在河坪线停电检修时，220 kV系统电压消失，为机组低励失磁三段保护跳闸提供了第1个条件。

(2)当110 kV系统发生振荡时，系统电压和机端电压大幅度变化，提取110 kV系统故障录波进行分析，4000 ms内故障录波波形确有振荡，系统电压峰值为162.5kV，机端电压为26.92kV，转子电压降低至58 V，转子电压低于整定值60 V时为机组低励失磁三段保护跳闸提供了第2个条件，发电机失磁保护三段满足整定条件动作跳闸。

(3)失磁保护静稳边界阻抗与机组微机励磁调节装置配合不合理，励磁调节器内置电力系统稳定(PSS)逻辑，机组微机励磁调节器一般投“恒机端电压AVR”方式运行，确保发电机三相定子电压稳定在额定电压15.75 kV运行，机端电压发生微小变化，励磁调节器相应调整机组转子电压和电流，控制机组无功功率，维持机端电压恒定。此次系统振荡原因系110kV系统下级35kV系统发生两相短路事故，对机组所在110 kV系统扰动较小，但仍然发生失磁保护三段跳闸，说明励磁调节器低励限制功能与失磁保护配合不合理。在短路发生故障切除前2450 ms内，系统所有机组强励动作或者励磁调节器动作增加无功功率，短路故障切除后1500 ms，系统无功功率严重过剩，灵敏度较高的微机励磁调节器动作，降低机组无功功率，直到机端电压恢复额定值45.75 kV为止，造成机组转子电压下降到58 V，失磁保护动作切机。

(4)按照厂家和调试后审批保护定值通知单核查发电机失磁保护整定值和压板投退情况，未发现问题。

综上所述:发电机“低励失磁保护Ⅲ段”动作原因为#12机组系统运行方式调整后，失磁保护系统电压未相应调整到机组接入的110 kV系统，属于保护二次漏接线所致。同时发现失磁保护三段系统电压未设计PT断线闭锁逻辑，加之110 kV系统为双母线接线方式，倒闸操作频繁，系统电压PT容易失电，客观上易造成发电机失磁保护三段误动。

3 防止失磁保护误动措施

(1)将#12机组A，B屏失磁保护系统电压改接到110 kV系统，加装110 kV系统电压断线闭锁逻辑。系统运行方式发生改变时，一次系统需要改变运行方式，二次系统也必须改变保护接线方式和校核保护整定，确保系统、设备、保护配合符合国电发［2000］589号文《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》的规定。

(2)根据华电集团和国家电网公司对发电机失磁保护配置和整定要求，华电四川发电有限公司攀枝花分公司失磁保护三段由转子电压和系统电压启动方式逻辑简单，容易发生误动作，属于慎重选用保护范围，应积极完善保护控制逻辑，确保不发生误动。可以采取如下2项措施:

1)联系许昌继电器集团公司有关人员加装110 kV系统电压断线闭锁逻辑，系统电压发生断线时闭锁失磁保护三段动作出口。保护出口加装灭磁开关跳闸逻辑，确保机组失磁后可靠动作。

2)根据机组设计允许失磁运行时间15 min，结合发电机实测失磁或欠磁试验结果，适当增加失磁保护三段保护动作时限，以躲过励磁调节器低励限制动作时限。

(3)加强继电保护人员培训和技术管理，特别是加强保护定值管理和设备异动管理工作。公司改制后，继电保护人员流失，技术能力和管理水平下降，继电保护人员专项培训工作未能有效开展，维护人员不能适应继电保护装置日常维护工作的需要。

(4)根据系统类似机组失磁保护三段保护误动分析，微机励磁调节器工作失常是一个重要原因，更换设计和运用微机励磁调节器将改善机组励磁调节性能，提高机组运行的可靠性。

(5)查阅近年来电力系统失磁保护动作跳闸事故，发电机失磁保护三段保护误动事故比较多，故障参数收集不全，真实原因难以分析。所以，发电机低励失磁保护动作的正确性受系统、转子电压和励磁调节器性能影响较大，保护和自动装置的协调配合、失磁保护与发电机励磁调节器的配合、励磁调节器与电力系统稳定器PSS的配合等问题是电力系统设计和制造部门、电网和电厂之间协调研究的课题，技术改造和设计应科学分析和论证、统筹兼顾、严格管理。