25 MW发电机组失磁保护动作原因分析与处理

吕 欣

（辽宁省机关事务管理局省政府大院电力管理所，辽宁沈阳 110032）

引言

某冶金企业进一步挖掘节能减排潜力，进行富余煤气循环综合回收利用，投运130 t/h高温高压煤气锅炉生产蒸汽拖动高炉AV50汽动鼓风机和25 MW发电机组同时运行，常规下，180 m2烧结主抽风机7400 kW电动机由烧结二线启动正常运行后并列倒闸至烧结一线运行，即为25 MW发电机组提供稳定用电负荷，又可防止大功率电动机启动冲击供电系统，2017年5月8日，受负荷平衡限制，决定由烧结一线直接启动主抽风机，烧结一线及其系统参数具备启动条件，但启动过程中主抽风机启动正常、运行无问题，25 MW发电机组保护装置DCAP3080报失磁保护动作，发电机跳闸解列。

2 工况概述

2.1 运行方式

常规下，66/6 kV总降变电站66 kV工铁一、二线分带1#和2#主变及其所带6 kVⅠ段和Ⅱ段母线运行，25 MW发电机组通过联络线并网于6 kVⅡ段母线，6 kVⅡ段母线烧结一线带180 m2烧结主抽风机7400 kW电动机运行，主接线示意如图1。

2.2 主要设备工况

25 MW发电机组在生产节奏稳定、富余煤气充足、锅炉和汽轮机系统运行正常情况下运行效率可达80%，发电有功功率达20000 kW，按功率因数在0.8～0.95之间运行考虑，发电容量约为24000 kVA，25 MW发电机组参数如下：

型号：QFW-25-2；

额定功率：25 MW；

功率因数：0.8；

额定电压：6.3 kV；

额定电流：2863.92 A；

同步电抗（Xd）：2.2492；

瞬态电抗（Xd′）：0.2128。

2#主变额定容量为31500 kVA，25 MW发电机组停机或事故跳闸时，2#主变负载将达约36000 kVA，负载率将达约115%（小于变压器允许短时过载值），需应急将主抽风机并列倒闸至烧结二线，负载率降为87%，25 MW发电机组并网发电时，负载率可控制在11%～87%之间，既不造成功率倒送地区电网，形成功率穿越运行，也可实现变压器在经济运行负载范围内运行。2#主变参数如下：

型号：SZ11-31500/66；

电压组合：（66±8×1.25%）6.6 kV；

容量：31500 kVA；

联接组别：YN，d11；

一次主分接：66kV/275.6A；

二次：6.6kV/2755.6A；

空载电流：0.15%；

空载损耗：22.20 kW；

阻抗电压：9.09%；

负载损耗：117.74 kW。

主抽风机7400 kW电动机采用液阻降压方式启动，启动电流约在3300～3500 A之间，启动电流比较平稳，启动时间约在49～56 s之间，供电系统启动电压降约在0.6～1 kV之间，电压降比为15%左右，启动过程比较平滑，主抽风机参数如下：

型号：TD-7400-6；

额定功率：7400 kW；

功率因数：0.9；

额定电压：6.3 kV；

额定电流：753.53 A。

图1 主接线示意图

3 失磁保护动作

2017年5月8日17时47分52秒，25 MW发电机组保护装置DCAP3080报失磁保护动作，发电机组跳闸解列。

3.1 失磁保护配置

25 MW发电机组采用DCAP3080微机综合阻抗型失磁保护装置，该装置适用于6～35 kV或66 kV中性点不接地系统，作为发电机的保护、测量、控制单元。

保护动作延时按发电机组安全所允许的无励磁异步运行时间整定。

失磁保护整定值：Xa=1.72，Xb=36.27失磁保护延时取0.5 s。

3.2 数据采集

保护动作前正常运行时，相电压、线电压、相电流及其角度显示数据如表1。

表1 保护动作前电压电流运行数据

失磁保护动作时，相电压、线电压、相电流报文显示数据如表2。

表2 保护动作时电压电流报文数据

3.3 动作原因分析

3.3.1 初步数据分析

根据失磁保护动作前正常运行时的电量数据反映，相电流角度滞后相电压210°，判断为电流极性接反所致，实际情况应是相电流滞后相电压30°左右。

根据失磁保护动作时的报文电量数据反映，A相电压降低，B相和C相电压升高，线电压均未变化，判断为当时系统附近有A相接地情况。

3.3.2 综合分析

DCAP3080保护装置的失磁保护工作原理是通过判断发电机机端电压与机端电流的计算机端等效阻抗，发电机发生低励、失磁故障后，机端阻抗会落入定值划定的异步阻抗圆内，进而保护启动动作于跳闸。

发电机正常运行时，机端阻抗应该在第一象限。根据采集数据分析判断，25 MW发电机二次回路电流极性接反，导致发电机正常运行时计算的机端阻抗落在了第三象限，且紧邻动作圆边界。本次发生失磁保护动作时，能源电力调度安排采用6 kVⅡ段母线烧结一线供电启动180 m2烧结主抽风机7400 kW电动机，25 MW发电机通过联络线并网于6 kVⅡ段母线，虽然供电系统容量及相关运行数据均满足主抽风机启动条件，但由于大功率电动机启动时，瞬时大量吸收系统无功功率，系统电压降低，造成发电机阻抗角度上偏，阻抗变小，落入失磁保护动作区阻抗圆内，满足失磁保护动作条件，直接导致保护动作，发电机组跳闸解列。

另外根据失磁保护动作时的报文数据分析，在保护动作时系统存在A相接地的情况。

4 问题处理

经核查发电机二次电流电流回路的接线，确认本次25 MW发电机组发生失磁保护动作跳闸的原因是发电机二次回路三相保护电流极性接反所致，保护装置功能正常，启动180 m2烧结主抽风机7400 kW电动机只是诱因，并非问题所在，改正电流极性，相电压、线电压、相电流及其角度数据正常无问题。

鉴于可能存在的系统A相接地问题，25 MW发电机组并网前测试并网联络线绝缘情况，发现A相4根单芯电缆绝缘不良且摇表指针不稳，通过高压试验进一步核实A相单芯电缆中存在一根绝缘不良的电缆，经处理后送电并网。

5 结束语

冶金企业总降变电站主变容量有限，25 MW机组基本与31500 kVA主变等容量运行，失磁故障将造成系统无功功率不足，电压下降，严重时将造成供电系统的电压崩溃，直接影响高炉电动鼓风机、变频器及轧钢工序生产等，由发电机失磁故障引发系统性生产事故，一旦发生失磁，发电机必须尽快解列切除，确保供电系统安全运行，另发电机组突然解列跳机，又会严重危及锅炉系统、汽轮机系统和煤气系统的安全运行。

综合上述，发电机组容量占系统容量比例不宜过大，一旦机组失磁解列，将造成系统有功功率供给不足，如不切除或失磁保护未动作，系统将因无功功率不足而崩溃，为此建议选择并网发电机组的单机容量小于系统总容量的5%～7%。

[1]范天明，曹强.TRT机组失磁保护动作机组跳闸原因及解决措施[J]. 冶金动力，2009（6）：44-48.

[2]刘一丹，张小易，崔晓祥.火电厂发电机失磁保护阻抗判据的探讨[J]. 电力系统保护与控制，2010，38（20）：235-237.