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摘 要:本文结合通辽发电总厂3号发变组失磁保护配置及故障录波报告对通辽厂2009年09月04日发生的一起发电机失磁保护动作跳闸事件进行了剖析,并对3号机励磁调节器工励不能建压,用备励升压并网,再进行带负荷备倒工的的整个处理过程进行了详细记录,对发电机励磁系统的事故处理提供了宝贵经验。
关键词:发电机;失磁;工备励切换
一、故障简况
通辽电厂3号机组是哈尔滨电机厂生产的QFSN-200-2型水氢氢200MW机组汽轮发电机,当时以标准方式运行。
2009年09月04日15:15分,3号单元控制室内灯光突然变暗,警铃,警报响,机组负荷由197MW甩至零,3号发变组2203、MK、DL3、DL4、203A、203B、403A、403B开关跳闸、所有表计回零,6KVIIIA、IIIB段备用电源603A、603B联动成功,发变组保护A、B屏闭锁报警,发变组保护A屏失磁II段保护动作、发变组保护B屏失磁II段保护动作,电气中央信号“A屏失磁II段保护动作”、B屏失磁II段保护动作”光字牌亮。高、低加进汽电动门自动关闭,光字牌电源消失,机组当时转速由3148转/分下降中(微机内捕捉最高转数为3237转/分)。当时,发电班有人在主励磁机处作业。
15时20分,继电班人员到现场检查,检查发变组保护A屏保护动作报告为:1000mS,失磁保护II段动作,TJ1(跳2203开关)、TJ4(跳MK开关)、TJ5(启动失灵1)、TJ13(跳203A、403A开关)、TJ14(跳203B、403B开关)跳闸出口;1198mS外部重动1跳闸。
检查发变组保护B屏保护动作报告为:1000mS,失磁保护II段动作,TJ1(跳2203开关)、TJ4(跳MK开关)、TJ5(启动失灵1)、TJ13(跳203A、403A开关)、TJ14(跳203B、403B开关)跳闸出口;1206mS外部重动1跳闸。
保护屏内故障起动后1-2之间的一个周波内有效值分别为:发电机机端A、B、C相电压分别为47.91V、48.17V、48.06V(7545.8V、7586.7V、7569.4)V,发电机机端A、B、C相电流分别为5.42A、5.47A、5.41A(13008A、13128A、12984A),发电机有功功率95.27%,发电机无功功率-115.21%,发电机转子正对地0.2V,负对地0.2V,转子电压-1.7V。
15:39用工励升压并网,1号调节器建不起压。
15:52用备励并网,成功。
二、发变组保护装置动作报告分析
本厂3号发变组保护为南瑞的RCS-985A型微机保护装置,失磁保护功能比较完善,动作判据较多:
1、阻抗圆
采用异步阻抗继电器,动作方程为:
图表1所示,发变组保护A、B屏内故障录波记录:发电机无功功率-115.21%,远远大于定值,满足了的无功反向动作判据。
3、低电压判据
取发电机机端线电压,主要用于防止由发电机失磁故障引发的无功储备不足的系统电压崩溃,其三相同时低电压动作判据:
Uop=Krel×Uh.min=0.85×105=89.25V 为89V
发变组保护A、B屏内故障录波记录:起动后1-2之间的一个周波内有效值分别为:发电机机端A、B、C相电压分别为47.91V、48.17V、48.06V,满足了的低电压动作判据。
4、转子电压判据
转子低电压按发电机空载励磁电压的Krel整定
Ufd.op=Krel×Ufd0=0.5×162=81V 为81V
发变组保护A、B屏内故障录波记录:发电机转子正对地0.2V,负对地0.2V,转子电压-1.7V。满足了的转子低电压动作判据。
5、失磁保护时限
t=1s动作于解列灭磁
6、另外阻抗继电器还需要辅助判据:由装置内部自动设定
①正序电压≥6V
②负序电压U2<0.1Un
③发电机电流≥0.1In
通过以上分析,可以看出,当时A、B屏发变组微机保护装置内发电机的定子电流、定子电压、转子电压的模拟量采样及其计算量已同时满足了失磁保护的动作判据,保护动作是正确的。
三、故障录波报告分析
3号发电机故障录波装置正确启动,图表2记录了故障发生时刻的波形,通过记录显示,各电流、电压波形变动情况如下:
启动通道:32——主励转子电流
图表2:
主励转子电流升高:启动前180MS由约80A上升至215.528A(启动时刻),渐趋平稳约经1730MS突然变为-270.6A,持续1370MS(此录波结束)。
主励转子电压降低:启动前500MS至180MS为脉动电压,最高点39.6V,最低点约0V。
发电机转子电流缓慢下降:启动后由1244A(启动时刻),渐趋下降至1167A到录波结束。
发电机转子电压呈斜线下降:启动前180MS由约200V呈斜线下降至154V(启动时刻),继续以斜线下降经140MS降到0V。
结合现象分析,主励转子电流升高,电压下降,是短路现象。由于我厂3号机组是三机励磁系统,主励转子绕组短路,激励不够,所以主励定子电压、发电机转子电压按斜线很快下降到0,而发电机转子电流却缓慢平稳下降,是由于发电机转子电流在整流柜和发电机转子之间有回路循环,有续流回路,所以平稳缓慢下降。
四、工励未能建压,用备励升压并网,带负荷进行备倒工操作
1、号机励磁调节器不能建压的原因:
3号发电机励磁调节器为武汉武水有限公司的TDWLT-01型号,自安装以来,一直存在一个缺陷,程序设计原因,每次启机时都会误报V/F限制,不能顺利建压。但只要开机建起电压以后,运行还比较稳定。为此,继电班还加装了一个HWJ短接开关,供运行启机时使用,并编写了相关的启机操作规定,即便如此,但由于装置性能不够稳定,还是偶尔会出现不能建压的现象。
图表3:
2、用备励升压并网,带负荷进行备倒工
由于工励当时建不起压,只能用备励使3号发电机并网。为了不影响发电机正常运行,决定带负荷进行备倒工切换。
将调节器I屏切为主机,当时屏上显示数据为:机端电压:105.6V,给定:100.5V,角度为84.2度,无功功率3.2万,DL3开关合上后,机端电压并无波动。之后,又合上DL4开关,也无波动。
备励给定不变,增加工励给定,当机端电压与给定之差达到3V时,工励角度开始下调,励磁调节器屏电流、电压开始有输出,但是电流摆动较大,约30A的摆动幅度,如图表3所示(这是从当时录下的励磁调节器的动态过程中所截取的三种状态下的显示值),说明工励已经带上一定的负荷了。不再调整工励,开始减少备励输出。当备励往下减小了一小段时间之后(约5分钟),输出电流不再摆动,稳定了。继续减备励输出,一直到减不了为止。
将备励开关拉开,拉开时,机端电压无任何波动。这次备倒工切换是在发电机并网带负荷运行中成功的,避免了一次机组非停。为工备励切换进行了一次历史上的突破,为以后的运行操作积累了重要经验。
五、关于3号发电机励磁调节器不能建压的防范措施
发电分场运行人员及继电班人员认真学习《3号发电机励磁系统运行规程》,保证操作顺序准确无误。
3号发电机用DL3零起升压时若不能建压时,检查若调节器屏上“V/F限制”灯亮时,运行人员进行如下操作:合上DL3开关后,合上2203开关HWJ短接开关,此时“V/F限制”灯灭,马上断开2203开关HWJ短接开关,“仪变断线”“调节器断线”灯亮,迅速切至电压调节方式,先按“停机”按钮再按“开机”按钮。
正常启机时用调节器Ⅰ屏零起升压,如果按上述步骤升压三次,调节器还不能建立电压时,请示值长用备励升压并网,通知继电班进行处理;正常后将励磁系统切回工励运行。
各台机组正常运行时,备励应在3号机备用;定期对备励系统进行试转,保证备励良好备用。
两手准备,在调节器运行的同时,提出改造计划,预计在两年内将此励磁调节器更换为原理更先进、性能更可靠的调节器,彻底消除隐患。
励磁系统是供给发电机励磁电源的,是发电机的心脏,而调节器又是励磁系统的心脏,这就要求现场检修人员与运行人员加强对励磁系统的理论学习,不断提高检修水平和事故处理能力,进行更换发电机碳刷等工作时,最好倒备用励磁机进行,以防发生人为失磁故障。而这次带负荷进行备倒工切换又给我们对励磁系统的操作水平提高了一个台阶,积累了宝贵经验。
参考文献:
[1]《电力系统自动装置》.
[2]《电力系统继电保护原理》.
[3]南瑞《RCS-985微机发变组保护装置说明书》.
关键词:发电机;失磁;工备励切换
一、故障简况
通辽电厂3号机组是哈尔滨电机厂生产的QFSN-200-2型水氢氢200MW机组汽轮发电机,当时以标准方式运行。
2009年09月04日15:15分,3号单元控制室内灯光突然变暗,警铃,警报响,机组负荷由197MW甩至零,3号发变组2203、MK、DL3、DL4、203A、203B、403A、403B开关跳闸、所有表计回零,6KVIIIA、IIIB段备用电源603A、603B联动成功,发变组保护A、B屏闭锁报警,发变组保护A屏失磁II段保护动作、发变组保护B屏失磁II段保护动作,电气中央信号“A屏失磁II段保护动作”、B屏失磁II段保护动作”光字牌亮。高、低加进汽电动门自动关闭,光字牌电源消失,机组当时转速由3148转/分下降中(微机内捕捉最高转数为3237转/分)。当时,发电班有人在主励磁机处作业。
15时20分,继电班人员到现场检查,检查发变组保护A屏保护动作报告为:1000mS,失磁保护II段动作,TJ1(跳2203开关)、TJ4(跳MK开关)、TJ5(启动失灵1)、TJ13(跳203A、403A开关)、TJ14(跳203B、403B开关)跳闸出口;1198mS外部重动1跳闸。
检查发变组保护B屏保护动作报告为:1000mS,失磁保护II段动作,TJ1(跳2203开关)、TJ4(跳MK开关)、TJ5(启动失灵1)、TJ13(跳203A、403A开关)、TJ14(跳203B、403B开关)跳闸出口;1206mS外部重动1跳闸。
保护屏内故障起动后1-2之间的一个周波内有效值分别为:发电机机端A、B、C相电压分别为47.91V、48.17V、48.06V(7545.8V、7586.7V、7569.4)V,发电机机端A、B、C相电流分别为5.42A、5.47A、5.41A(13008A、13128A、12984A),发电机有功功率95.27%,发电机无功功率-115.21%,发电机转子正对地0.2V,负对地0.2V,转子电压-1.7V。
15:39用工励升压并网,1号调节器建不起压。
15:52用备励并网,成功。
二、发变组保护装置动作报告分析
本厂3号发变组保护为南瑞的RCS-985A型微机保护装置,失磁保护功能比较完善,动作判据较多:
1、阻抗圆
采用异步阻抗继电器,动作方程为:
图表1所示,发变组保护A、B屏内故障录波记录:发电机无功功率-115.21%,远远大于定值,满足了的无功反向动作判据。
3、低电压判据
取发电机机端线电压,主要用于防止由发电机失磁故障引发的无功储备不足的系统电压崩溃,其三相同时低电压动作判据:
Uop=Krel×Uh.min=0.85×105=89.25V 为89V
发变组保护A、B屏内故障录波记录:起动后1-2之间的一个周波内有效值分别为:发电机机端A、B、C相电压分别为47.91V、48.17V、48.06V,满足了的低电压动作判据。
4、转子电压判据
转子低电压按发电机空载励磁电压的Krel整定
Ufd.op=Krel×Ufd0=0.5×162=81V 为81V
发变组保护A、B屏内故障录波记录:发电机转子正对地0.2V,负对地0.2V,转子电压-1.7V。满足了的转子低电压动作判据。
5、失磁保护时限
t=1s动作于解列灭磁
6、另外阻抗继电器还需要辅助判据:由装置内部自动设定
①正序电压≥6V
②负序电压U2<0.1Un
③发电机电流≥0.1In
通过以上分析,可以看出,当时A、B屏发变组微机保护装置内发电机的定子电流、定子电压、转子电压的模拟量采样及其计算量已同时满足了失磁保护的动作判据,保护动作是正确的。
三、故障录波报告分析
3号发电机故障录波装置正确启动,图表2记录了故障发生时刻的波形,通过记录显示,各电流、电压波形变动情况如下:
启动通道:32——主励转子电流
图表2:
主励转子电流升高:启动前180MS由约80A上升至215.528A(启动时刻),渐趋平稳约经1730MS突然变为-270.6A,持续1370MS(此录波结束)。
主励转子电压降低:启动前500MS至180MS为脉动电压,最高点39.6V,最低点约0V。
发电机转子电流缓慢下降:启动后由1244A(启动时刻),渐趋下降至1167A到录波结束。
发电机转子电压呈斜线下降:启动前180MS由约200V呈斜线下降至154V(启动时刻),继续以斜线下降经140MS降到0V。
结合现象分析,主励转子电流升高,电压下降,是短路现象。由于我厂3号机组是三机励磁系统,主励转子绕组短路,激励不够,所以主励定子电压、发电机转子电压按斜线很快下降到0,而发电机转子电流却缓慢平稳下降,是由于发电机转子电流在整流柜和发电机转子之间有回路循环,有续流回路,所以平稳缓慢下降。
四、工励未能建压,用备励升压并网,带负荷进行备倒工操作
1、号机励磁调节器不能建压的原因:
3号发电机励磁调节器为武汉武水有限公司的TDWLT-01型号,自安装以来,一直存在一个缺陷,程序设计原因,每次启机时都会误报V/F限制,不能顺利建压。但只要开机建起电压以后,运行还比较稳定。为此,继电班还加装了一个HWJ短接开关,供运行启机时使用,并编写了相关的启机操作规定,即便如此,但由于装置性能不够稳定,还是偶尔会出现不能建压的现象。
图表3:
2、用备励升压并网,带负荷进行备倒工
由于工励当时建不起压,只能用备励使3号发电机并网。为了不影响发电机正常运行,决定带负荷进行备倒工切换。
将调节器I屏切为主机,当时屏上显示数据为:机端电压:105.6V,给定:100.5V,角度为84.2度,无功功率3.2万,DL3开关合上后,机端电压并无波动。之后,又合上DL4开关,也无波动。
备励给定不变,增加工励给定,当机端电压与给定之差达到3V时,工励角度开始下调,励磁调节器屏电流、电压开始有输出,但是电流摆动较大,约30A的摆动幅度,如图表3所示(这是从当时录下的励磁调节器的动态过程中所截取的三种状态下的显示值),说明工励已经带上一定的负荷了。不再调整工励,开始减少备励输出。当备励往下减小了一小段时间之后(约5分钟),输出电流不再摆动,稳定了。继续减备励输出,一直到减不了为止。
将备励开关拉开,拉开时,机端电压无任何波动。这次备倒工切换是在发电机并网带负荷运行中成功的,避免了一次机组非停。为工备励切换进行了一次历史上的突破,为以后的运行操作积累了重要经验。
五、关于3号发电机励磁调节器不能建压的防范措施
发电分场运行人员及继电班人员认真学习《3号发电机励磁系统运行规程》,保证操作顺序准确无误。
3号发电机用DL3零起升压时若不能建压时,检查若调节器屏上“V/F限制”灯亮时,运行人员进行如下操作:合上DL3开关后,合上2203开关HWJ短接开关,此时“V/F限制”灯灭,马上断开2203开关HWJ短接开关,“仪变断线”“调节器断线”灯亮,迅速切至电压调节方式,先按“停机”按钮再按“开机”按钮。
正常启机时用调节器Ⅰ屏零起升压,如果按上述步骤升压三次,调节器还不能建立电压时,请示值长用备励升压并网,通知继电班进行处理;正常后将励磁系统切回工励运行。
各台机组正常运行时,备励应在3号机备用;定期对备励系统进行试转,保证备励良好备用。
两手准备,在调节器运行的同时,提出改造计划,预计在两年内将此励磁调节器更换为原理更先进、性能更可靠的调节器,彻底消除隐患。
励磁系统是供给发电机励磁电源的,是发电机的心脏,而调节器又是励磁系统的心脏,这就要求现场检修人员与运行人员加强对励磁系统的理论学习,不断提高检修水平和事故处理能力,进行更换发电机碳刷等工作时,最好倒备用励磁机进行,以防发生人为失磁故障。而这次带负荷进行备倒工切换又给我们对励磁系统的操作水平提高了一个台阶,积累了宝贵经验。
参考文献:
[1]《电力系统自动装置》.
[2]《电力系统继电保护原理》.
[3]南瑞《RCS-985微机发变组保护装置说明书》.