一次发电机失磁保护拒动事故的分析

徐金+仇孝国

摘 要

本文对某电厂在发电机失磁事故后失磁保护拒动的案例进行了详细分析，分析了失磁保护拒动的原因，进一步分析了失磁保护转子低电压判据的应用注意事项，对于失磁保护转子低电压判据的整定以及转子电压回路接线情况具有指导意义。

【关键词】失磁保护 转子低电压判据 转子电压回路接线

失磁保护一般采用静稳边界圆或者异步边界圆的阻抗判据为主判据，通过机端阻抗的变化来鉴别正常运行和失磁故障。为了增加阻抗继电器的可靠性，失磁保护还必须利用其它特征量作为辅助判据。由于励磁电压下降是造成发电机失磁的直接原因，因为可以把励磁电压下降作为失磁保护的一个判据。但是转子低电压判据整定不当、或者转子电压接线不合适，也会导致失磁保护拒动。本文结合对某水电厂一台机组发生失磁故障而失磁保护拒动的案例分析，对失磁保护转子低电压判据的整定以及使用情况作了分析。

1 事故简要介绍

2015年，某水电厂#3机组准备停机，运行人员将负荷降低2000KW（约5%额定有功），监控上位机发“停机”令后，由于#3机组现地LCU开入模块未正确反映机端断路器（以下称GCB）处于合闸位置，监控误判为GCB已分闸，未执行GCB跳闸令，监控直接将灭磁开关分闸，导致#3机组发生失磁故障。发电机失磁以后，失磁保护并未动作停机，约8分钟后运行人员发现机组运行状态异常并手动紧急停机。

该机组失磁保护定值设置情况如下：阻抗圆判据选择静稳圆，阻抗Z1=6.60Ω∠90?，Z2=-53Ω∠-90?，机端低电压定值90V，无功反向判据-15%的额定有功，转子低电压定值62V。机组失磁时机端阻抗约为8Ω∠-85?，机组进相约为-33Mvar（约-77%的Pn），机端线电压二次值约为88V，励磁电压（以下也称转子电压）约370V。

2 失磁保护拒动原因分析

根据事故发生时记录的数据可知，发电机在失磁运行期间，除了转子低电压判据以外，其他失磁保护投入的判据均已满足。由于失磁保护转子低电压判据与其他判据是与门关系，故本次机组失磁故障，失磁保护拒动的原因是：失磁定值中投入了转子低电压判据且事故过程中转子低电压判据一直不满足条件。

事故后根据监控系统记录看，灭磁开关分开后，转子电流逐步衰减到0，机端电压开始下降，因励磁系统控制方式为机端电压闭环，故励磁系统开始强励，励磁整流后的电压升高到370V左右，但因灭磁开关实际是断开的，故转子上仍然没有励磁电流，机组持续处于失磁状态，励磁系统电压一直维持在较高的水平。经过比较，励磁系统记录的励磁电压和保护装置记录的励磁电压大小相同，可知保护装置采样测量正常，即失磁拒动非保护装置本身故障导致。

3 转子低电压判据不满足原因分析

根据灭磁开关分闸后，保护装置测量的转子电压与励磁系统记录的励磁电压相等，但与转子绕组上的电压不等这一现象，推测保护用的励磁电压接线应取自灭磁开关的整流桥这一侧。在灭磁开关分开以后，转子绕组上的励磁电压实际衰减到0，但是整流桥侧因励磁调节器的强励，励磁电压处于很高的水平，故经转子低电压闭锁的失磁保护不可能动作。实际现场检查发现，失磁保护用的转子电压接线确实接在灭磁开关的整流桥一侧。现场转子电压接线原理示意图如图1所示。

本次失磁事故发电机失磁保护未能及时动作，其原因就是失磁保护的转子电压接线是取自励磁系统的整流桥侧，导致在灭磁开关分开以后，提供给保护装置的转子电压并非转子绕组两端的电压。

4 失磁保护转子低电压判据的应用分析

失磁保护中的主判据一般选择为机端阻抗判据，辅助判据可选无功反向判据、机端或者母线低电压判据、转子低电压判据等，其中转子电压作为转子励磁电流大小的直接表征量，能够直观的反映机组失磁时的转子电压降低这一明显特征，故失磁保护投入转子低电压判据是合理的。但按照失磁保护的要求，转子电压应当正确反映“转子绕组”上的励磁电压，而并非“励磁系统”的励磁电压。在正常运行工况下，灭磁开关处于合闸位置，励磁系统的励磁电压和转子绕组的转子电压是相同的，但是在灭磁开关分开以后，两者可能并不相同。如果转子电压接线是接在转子绕组两端，则在灭磁开关分开以后，失磁保护测量的转子电压应该是先是比较大的负值的励磁电压，之后快速衰减到0，失磁保护的转子低电压判据可靠满足，失磁保护将可靠动作。

5 失磁保护转子电压判据的优化方案

通过上述事故案例分析总结可知，失磁保护转子低电压判据在应用时应注意采用以下优化方案：

方案1：失磁保护转子电压应取自灭磁开关靠转子绕组一侧。

方案2：在不确定失磁保护转子电压接线是否正确的情况下，宜将失磁保护最后一段整定为不经过转子低电压闭锁，延时整定需可靠躲过系统最大振荡周期。

参考文献

[1]電力主设备继电保护原理与应用[M].北京：中国电力出版社，2001.

作者简介

徐金（1979-），男，工程师，从事电力系统继电保护工作。

仇孝国（1982-），男，工程师，从事电力系统继电保护、调度自动化工作。

作者单位

南京南瑞继保电气有限公司 江苏省南京市 211100endprint