关于硗碛水电站失磁保护拒动的分析及处理

谢建荣，邓丛林

（1.四川华能宝兴河水电有限责任公司，四川雅安 625000；

2.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072）

关于硗碛水电站失磁保护拒动的分析及处理

谢建荣1，邓丛林2

（1.四川华能宝兴河水电有限责任公司，四川雅安 625000；

2.中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都 610072）

本文对硗碛水电站3号机9·27励磁事故进行了情况介绍，对事故原因进行了分析，并提出了处理意见，对今后发电机失磁保护定值整定具有一定的借鉴意义。

发电机；继电保护；失磁保护

0 前 言

硗碛水电站位于四川省宝兴县境内青衣江主源宝兴河上游，为高坝引水式电站，是宝兴河流域梯级滚动开发规划“一库八级”的龙头水库电站，工程枢纽由拦河大坝、泄洪洞、放空洞、引水隧洞、调压井、压力管道和地下厂房等建筑物组成。电站共装机3台，机端电压为13.8 kV，单机容量80 MW，总装机容量240 MW。工程主要任务为单一发电，无航运、漂木、防洪、灌溉等综合利用要求。

电站3台机组采用发变组单元接线形式，设发电机出口断路器，经3台220 kV主变压器升压至开关站，开关站为单母线，含三回进线和两回出线，一回至民治电站，一回备用。

发电机采用自并励励磁系统，机端电压经励磁变压器降压至功率柜，经整流后为转子绕组供电。

1 励磁事故过程情况

2009年9月27日11点14分，3号机组开机，11点20分并网，随后开始增负荷。

根据许继电气股份有限公司的分析报告，在增加负荷的过程中有如下现象：

（1）转子回路打火；

（2）根据转子电压录波文件来看，从11点22分左右开始到11点25分20秒时间内发生多次间歇性的波形畸变；在11点25分20秒之前的时间里励磁电压基本保持在110 V到160 V之间的值，在11点25分23秒左右，励磁电压突然增大了一倍达到280 V，在11点25分20秒到11点25分35秒时间内励磁电压激烈的大幅度波动；

（3）11点25分之后机组的无功功率持续下降，在11点25分20秒开始无功功率急剧下降，在5秒钟内下降到－65 MVar，发电机做深度进相运行；

（4）励磁电流是阶段性的增大，说明在这个过程是阶段性增负荷的过程，在每个负荷值的阶段里励磁电流是稳定的；

（5）定子电流阶段性升高，11点25分20秒开始定子电流急剧增大，11点25分30秒达到最大4 900多A，在11点25分27秒左右达到4 100A，二次值达到4.1A；

（6）发电机机端电压非常稳定，从11点19分05秒到11点25分55秒时间内保持在13.6～14 kV之间；

（7）励磁回路碳刷到转子之间的继电环有严重的灼烧现象；

（8）11点25分20秒主变A套“一侧过流保护”动作，11点25分30秒主变B套“一侧过流保护”动作跳开主变断路器；

（9）发电机保护没有动作；

（10）11点26分30秒手动紧急停机。

2 事故原因分析

通过对上述事故过程及各项数据进行分析，事故原因为：

（1）励磁回路打火处接触不良，造成过电压打火；

（2）因为接触不良导致接触电阻过大，而励磁电流在不同负荷状态下是不同的，所以励磁电流波形是平滑的阶梯形的，励磁系统为了保证一定的励磁电流，必须要增大励磁电压，因此在升负荷过程中励磁电压会有畸变；

（3）11点25分20秒时，因励磁引线烧断，发电机失磁了，而发电机此时挂在电网上，只能是无功倒送，做进相运行，并且做深度进相，此时发电机定子电流增大，主变的相电流也增大；

（4）对于发电机主保护来说，励磁引线断线是发电机定子外部的故障，发电机主保护不会动作，低电压闭锁过流保护因为机端电压下不来所以过流被闭锁，定子接地、转子接地、过电压、负序过流保护都不会动作，过负荷保护发信段虽满足过流条件，但满足时间只有3秒钟，保护不会动作发信；反时限动作跳闸段，由于时限较长，也不会动作。失磁保护因为机端阻抗未进入到静稳动作圆内（整定值：Z1B＝11.61欧，深度进相时保护计算的机端阻抗幅值12.66欧）且励磁系统强励，转子电压不满足条件，系统电压也下不来，因此失磁不会发信及动作跳闸。主变过流保护满足动作条件（动作方向指向变压器），主变高压侧后备保护一段过流动作，延时0.7秒跳开主变高压侧断路器，发电机跟电网断开不再做进相运行，由于发电机自身失磁定子电流消失了，发电机保护还是不会动作。

3 事故结论

在对整个事故过程及事故原因进行详细分析后，得出结论为：

（1）此次故障是发电机励磁回路故障导致发电机失磁，使得发电机进相运行造成主变高压侧过流，变压器过流保护动作。变压器过流保护先动作，主要是因为主变过流保护作为主变倒送电时主变后备保护，整定值为1.3倍主变高压侧额定电流值，发电机失磁进相运行时，电流值增大满足动作条件；

（2）由于发电机失磁保护因为机端阻抗未进入到静稳动作圆内且经过励磁电压和机端电压闭锁，在整个励磁断线失磁故障中，励磁电压和机端电压基本维持不变，不满足低电压闭锁动作条件，因此，发电机失磁保护没动作。

4 处理意见

在了解事故整个情况后，现场进行了如下处理：

（1）对3号机转子及定子进行检查测试，消除其他隐患；

（2）更换损坏的励磁引线铜排；

（3）对1、2号机转子引线相应位置的螺丝进行检查，避免类似情况发生；

（4）保护处理意见：

①主变高压侧过流保护加入复合电压闭锁，通过电压闭锁防止机组进相过流时主变过流保护越级跳闸，具体定值调整如下：

a.增加低电压闭锁和负序电压闭锁；

b.复压闭锁负序相电压定值：6 V；

c.复压闭锁相间低电压定值：90 V；

②调整发电机失磁保护动作时限以及机端低电压定值。在大电网系统运行条件下，发电机励磁回路断线失磁时励磁低电压和机端低电压判据很难满足，为了让发电机失磁保护能可靠动作，考虑在原有失磁判据基础上静稳阻抗圆增加一个长延时段（带TV断线闭锁），经长延时后动作于跳闸。长延时整定应按躲系统振荡考虑。具体定值调整如下：

a.静稳阻抗圆经系统电压闭锁段延时由1 s改为0.5 s；

b.静稳阻抗圆经励磁电压闭锁段延时由2.5 s改为1 s；

c.增加不经系统和励磁电压闭锁的静稳阻抗圆延时2 s跳闸出口；

d.静稳阻抗圆Z1B由11.61Ω改为13.49Ω；

e.系统低电压整定值由80 V改为90 V；

（5）厂家根据上述方案，完成相关程序的编写和保护装置测试配合工作。

5 结 论

通过对此次事故的分析，由于大电网具有很强的电压支撑作用，加上励磁系统本身的强励作用，对于励磁绕组断线故障，系统电压和机端电压降低幅度不大，因此相关低电压定值不宜取得过低，同时，水轮发电机失磁保护阻抗圆不宜整定得过小，宜采用静稳阻抗圆，阻抗圆边界值根据DL／684中要求整定，另外，根据四川省电网继电保护专业反事故措施《川电调2006【96】号文》规定，为确保各种失磁故障均能够切除，失磁保护宜配置一段不经低电压闭锁的、稍长延时的定子阻抗判据。

TM 307.3

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1003－9805（2015）02－0084－02

2014－04－02

谢建荣（1966－），男，四川雅安人，高级技师，主要研究方向：水电站电气系统运行与管理。