一起线路跳闸引起发电机失磁保护动作的分析

陈豪杰

(浙江华电乌溪江水力发电厂，浙江 衢州 324000)

一起线路跳闸引起发电机失磁保护动作的分析

陈豪杰

(浙江华电乌溪江水力发电厂，浙江 衢州 324000)

介绍了一起线路跳闸引起发电机失磁保护动作的经过，通过详细分析，查明动作原因为励磁系统保护配置不合理，制订了相应的防范措施，为确保发电机励磁系统的安全稳定运行提供了技术支持。

线路跳闸；发电机；失磁保护；励磁系统

0 引言

某水电站装有4台单机容量为50 MW的水轮发电机组，发电机变压器组配置了双套CSC-306数字式发电机保护装置，励磁系统为PSVR100系列。某日，110 kV开关站某线路跳闸过程中，#1机组失磁保护动作跳闸，本文对#1机组失磁保护动作原因进行详细分析。

1 故障前运行方式

故障前，#1机组并网发电，带有功功率46.5 MW，无功功率6.3 MV·A，110 kV系统、220 kV系统及#1主变压器运行。部分一次电气主接线方式如图1所示。

图1 部分一次电气主接线方式图

2 故障经过

17:52:13，110 kV开关站母差保护装置异常动作，#1机组励磁系统故障动作。

17:52:14，110 kV开关站某线路保护跳闸动作、某线路开关分位动作。

17:52:17，某线路重合闸动作、开关合位动作。

17:52:19，某线路开关再次跳开。

17:52:22，#1机组转子过压动作。

17:52:27，#1机组失磁保护动作，机组断路器分闸动作、灭磁开关分位动作，机组事故停机。

3 故障查找

故障发生后，运行维护人员现场检查发现110 kV开关站某线路C相瓷瓶坠落引起单相接地，并造成线路零序保护动作线路开关跳闸。#1机组机端电压下降，励磁系统强励动作，A，B套励磁调节器报脉冲故障并退出运行，发电机失磁保护动作跳断路器开关、灭磁开关，机组事故停机。

4 原因分析

4.1 线路C相瓷瓶坠落

线路C相横向支持瓷瓶底脚抱箍螺杆断裂，导致该处瓷瓶坠落。经检查，此处螺杆存在搭接现象，经过长年累月的风吹日晒，搭接处严重锈蚀造成螺杆断裂，最终导致瓷瓶坠落。

4.2 励磁调节器故障动作

励磁系统故障是由脉冲故障引起的，脉冲故障一般分为3类：(1)同步测频故障，励磁变压器过来的阳极电压频率三相超出范围；(2)同步相位故障，励磁变压器过来的阳极电压相位超过范围；(3)脉冲角度故障，脉冲角度回读时有2个以上的异常。

#1主变压器中压侧110 kV/低压侧10.5 kV是Dy11接法，当110 kV侧线路C相接地后，UA和UB不变，UC减小,耦合到低压侧后ua不变，ub和uc减小，机端三相电压之间的相位也会发生变化。同步信号是机端通过励磁变压器和同步变压器后的电压

信号，故在机端三相有相位偏差的情况下，也会耦合到同步信号侧，所以励磁装置脉冲故障是同步相位故障造成的。励磁装置记录的故障录波图如图2所示。

图2 励磁装置记录的故障录波图

4.3 转子过压动作

励磁系统采用氧化锌非线性电阻作为灭磁及过压保护元件，转子过压信号是灭磁柜后面的小电流互感器(CT)流过电流后触发的。由于励磁装置退出运行，励磁系统无法实现自身功能。发电机失磁就意味着转子电流突然消失或部分消失，同步发电机将转入异步发电机运行，从原来的发出无功功率转变为吸收无功功率。降低到某一个时刻后有功功率开始振荡，同时定子绕组与转子绕组之间存在互感电抗，转子侧将感应出非常高的过电压，达到转子过压动作整定值。发电机失磁后负荷波动曲线如图3所示。

图3 发电机失磁后负荷波动曲线

4.4 发电机失磁保护动作

发电机失磁后或失磁发展过程中，机端测量阻抗要发生变化。发电机失磁后，机端测量阻抗的轨迹将沿着等有功阻抗圆进入动作边界圆内，失磁保护即会动作。

从保护装置动作报告可以看出，保护动作时发电机定子电流增大，无功功率反向，发电机进相运行，所有现象均是发电机失磁的典型表征，保护所测到的机端阻抗和电抗均小于保护定值，机端测量阻抗已越过静稳边界阻抗圆进入异步边界阻抗圆，说明发电机确实失磁，排除了发电机保护误动的可能。

5 防范措施[1-3]

发电机发生失磁故障后，将从系统吸收大量无功功率，容易导致系统电压剧烈波动或下降，给厂用电其他设备造成损害；而对发电机本身而言，将使发电机端部铁芯温度升高而发热，导致绝缘受损，轴瓦振动过大而损坏。为了吸取教训，总结经验，尽量避免此类事故的发生，应采取相应的预防措施。

5.1 加强设备管理和技术监督

加强设备的日常巡检，重点检查绝缘瓷瓶是否有裂纹，底脚螺丝是否良好。利用线路开关停役机会统一更换其他存在搭接现象的螺杆。加强金属技术监督，配合电科院开展瓷瓶超声波探伤工作。

5.2 合理配置励磁系统相关保护功能

根据现场情况，合理配置励磁系统同步相位保护的功能。原同步相位保护功能作用为：励磁装置检测到同步信号相位差偏离90°～150°的范围，装置报故障、脉冲故障信号，励磁系统退出运行。同步相位保护主要考虑保证励磁系统运行在三相不平衡状态时，能对励磁变压器内部短路起快速保护的作用，而同步相位保护动作后励磁系统退出运行，对系统原因造成的同步相位保护动作后果欠考虑。根据现场实际情况，可弱化此保护，对同步相位保护功能进行改进，仅起报警作用。对其他机组励磁系统各参数的配合和保护限制的关系进行核实，对存在的问题进行完善。

5.3 提高专业技术人员业务水平

开展技术人员的专业培训，使其尽快熟悉、掌握发电机励磁系统的各项功能，同时提高人员综合素质，增强快速、准确处理事故的能力。

6 结束语

此次#1机组失磁保护动作是一起励磁系统保护配置不合理造成的发电机跳闸事件。因此，在确保励磁系统正常运行的各环节中，不仅要把好硬件质量关，也要在现场投运调试时对软件性能进行核查，使励磁系统满足电网各种工况下的要求，有效保证发电机和电网安全可靠运行。

[1]吕长喜.发电机失磁跳闸原因分析及防止对策[J].电力安全技术,2002，4(3):15-17.

[2]陈涛.一起水轮发电机组失磁故障的综合分析及处理[J].广西水利水电,2014(1)：54-57.

[3]苏有权.一起水轮发电机组失磁保护动作原因分析及处理[J].水电站机电技术,2015，38(3):52-55.

(本文责编：刘芳)

2016-10-27；

2016-12-07

TM 312

B

1674-1951(2017)01-0061-02

陈豪杰(1982—)，男，浙江衢州人，工程师，从事水电厂自动控制的设计、安装、调试、检修等方面的工作(E-mail:164096729@qq.com)。