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.中国水电顾问集团成都院，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.中国水电顾问集团成都院，四川 成都 610072）

摘要：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。

关键词：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，为高坝引水式的电站，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80MW，总装机容量240MW。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∶14，3号机组开机，11∶20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∶22左右开始到11∶25∶20时间内发生多次间歇性的波形畸变；在11：25∶20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∶25∶23左右的时候，励磁电压突然增大了一倍达到280 V，在11∶25∶20到11∶25∶35时间内励磁电压激烈的大幅度波动；

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

（4）励磁电流是阶段性的增大，说明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∶25∶20开始定子电流急剧增大，11∶25∶30达到最大4 900多A，在11∶25∶27左右达到4 100A二次值达到4.1 A；

（6）发电机机端电压非常稳定，从11∶19∶05 到11∶25∶55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（见图1）；

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

图1转子回路引线到滑环的铜排烧断

（9）发电机保护没有动作；

（10）11∶26∶30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，而励磁系统是以恒励磁电流的方式运行的（不同负荷状态下励磁电流是不同的，所以励磁电流波形是平滑的阶梯形的），励磁系统为了保证恒定的励磁电流，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∶25∶20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 s，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=11.61Ω，深度进相时保护计算的机端阻抗幅值12.66Ω），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（动作电流方向指向变压器），主变高压侧后备保护一段过流动作，延时0.7 s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）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：

增加低电压闭锁和负序电压闭锁；

复压闭锁负序相电压定值：6 V；

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），经长延时后动作跳闸。长延时整定应按躲开系统振荡考虑。具体定值调整如下：

静稳阻抗圆经系统电压闭锁段延时由1 s改为0.5 s；

静稳阻抗圆经励磁电压闭锁段延时由2.5 s改为1 s；

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；

静稳阻抗圆Z1B由11.61Ω改为13.49Ω；

系统低电压整定值由80V改为90 V。

（5）保护厂家根据上述方案，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。

中图分类号：TM307

文献标识码：B

文章编号：1672-5387（2015）07-0060-02

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.07.017

收稿日期：2015-04-30

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