发电机低励失磁保护的应用分析

摘要：文章结合了某地区的水电厂中一次发电机低励磁运行为实际案例，加上本人在电厂从事多年的相关工作经验，针对发电机出现低励失磁保护在低励失磁时动作的问题进行了全面的分析。并提出了一些技术观点。希望能给同行带来一定的参考作用。

关键词：发电机低励失磁保护动作应用分析

Abstract: Combining with once generator operation under low excitation of a hydroelectric power plant of a region, and based on the years of relevant work experience, the author makes a comprehensive analysis on the generator operation under low excitation, and puts forward some technical views, hoping to provede some reference for colleagues.

Key words: Generator；Low loss of excitation ； protection action; application analysis

中图分类号：TB857+.3 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

前言

电力行业历来是国家的重点建设项目，特别是发电厂，从机组规模角度来讲，小机组（现在指20万及其以下）在国家强力控制下不断减少，目前国内以30万机组为主要机型。为应对环境压力和要求，未来的发展趋势是机组规模越来越大，逐渐淘汰一些小电厂的小机组，建设自动化的结构模式，但是，在目前，我国的小型发电厂还是居多，由于运行历史悠久，设备陈旧，在运行中经常出现故障。本文以某地区的水电厂中一次发电机低励失磁保护动作出口为例，作出了以下分析。

发电机低励失磁的状况

根据有关技术人员的反映，发电机低励失磁是电气故障中最容易出现的问题，因为励磁系统很复杂，其中的环节也是多变的，所以，一旦当发电机失磁后将对系统及机组造成极大危害。最容易的现象有：系统扰动、电压崩溃、定子过载、转子及铁心发热、厂用辅机损坏等。

2 发电机低励失磁的原因

（1）励磁回路断线（转子回路断线、励磁机电枢回路断线、励磁机励磁绕组断线等）；

（2）自动灭磁开关误碰或误跳闸；

（3）转子回路短路；

（4）可控硅整流元件损坏；

（5）励磁调节器故障。

3系统概况与保护配置

（1）系统概况

以某厂一期工程2台300MW机组进行分析,4回220kV出线分别与瓦山及跃新二变电所相连, 与系统联系紧密,系统无功功率储备充足,因该地区220kV母线电压较高,根据省中调要求发电机组应具备进相运行能力,用以调节系统电压水平。调度提供的电压/无功灵敏度约为:发电厂每少发10Mvar,该地区220kV母线电压下降0.4～1.0kV。

（2）保护配置

2台发电机的失磁保护均采用许昌继电器厂生产的JY-14、JZ-14型保护装置,采用系统低电

压与异步稳态圆相结合的判据,其保护逻辑框图如图1所示。

图1中,“全停”指断开发电机变压器组断路器、灭磁、停机、断开厂用分支开关,甩负荷装置现场实际没有接口。

图1发电机失磁保护配置图

4 发电机低励工况分析

（1）低励经过

一台发电机因励磁调节器自动回路出现故障,造成励磁输出回路急剧下降,发电机低励无功进相最大达149.9Mvar,失磁保护(JZ-14)动作出口,但因系统电压未到整定值209kV故JY-14装置未出口,因此,整个保护未出口全停跳闸。后由运行人员将调节器切至手动回路,调节励磁至正常参数。整个过程约经过90s,发电机各参数变化见表1。

表1发电机各参数变化

(1) 保护动作分析

从表1可以看出,低励失磁前发电机有功P=212MW,无功Q= 41.6Mvar。当发电机励磁调节器故障后, 发电机的最大进相点的有功P=212MW,无功Q=-149.9Mvar,此时发电机的机端电压U=17.5 kV现根据表1 中数据对发电机从正常到最大进相点失磁保护感受到的机端测量阻抗进行计算。

(2) 系统电压(无功)变化

从表1数据可得,整个发电机低励(部分失磁)过程中,造成系统无功缺损近200kvar,由于系统无功充足,220kV母线电压下降很少,而发电机机端电压却降至17.5kV,6kV厂用母线已超出±10%范围,严重威胁到厂用辅机的安全。查阅电机厂提供的发电机P-Q运行曲线,最大低励进相点还在该曲线范围内,但已接近静稳极限。

5分析

（1）存在问题

发电机低励后(静稳没有破坏前),失磁保护动作,但系统电压还未到整定值,故没有总出口,后由运行人员切换励磁至正常,这对系统与电厂都有利当发电机失磁或低励造成静稳破坏进入异步运行后,此时系统电压仍未到整定值。

（2）失磁后的危害

尽管电机厂的说明书中规定:“从失磁起的60s内应将发电机负荷降到60%额定负荷,从失磁起的150s内应降到40%额定负荷,总的失磁时间异步运行时间不得超过15min。但此时发电机如未跳闸继续运行,将会对系统及电厂造成以下不良影响:

发电机异步运行后可能造成对侧元件的后备保护误动和相邻机组过载。整个系统的稳定性将受到严重威胁。机组失磁后无功大量进相, 造成机端电压明显下降,相应厂用6kV母线急剧下降, 严重威胁厂用辅机运行。

发电机失磁后，引起发电机失步，将在转子的阻尼绕组、转子表面、转子绕组中产生差频电流、引起附加温升，可能引起转子局部高温，产生严重过热现象，危及转子安全；其次，同步发电机异步运行，在定子绕组中将出现脉动电流，产生交变的机械力矩，使发电机组发生振动，影响发电机的安全。同时，定子电流增大，可能使定子绕组温度升高。因此，对于有阻尼绕组的大中型水轮发电机不允许失磁后长期运行，如果在很短时间内不能恢复励磁则必须将其与系统解列。

6 工作总结

总的来看，由以上分析知道主要存在的原因：第一：系统是否允许失磁异步机组重新同步。第二：现场实际没有有关接口和条件(如甩负荷、自动断开励磁电源、投异步电阻等)。同时,给运行人员带来许多事故处理麻烦(甚至有可能造成误操作而扩大事故范围)。

(1)电机厂说明书中规定是针对电机本身而言的,其要求现场有相关甩负荷接口及控制回路,电机才能继续运行一定时间,而此时还应考虑电网系统及厂用系统。

(2) 目前失磁(低励)保护配置对系统影响,都是监视系统母线电压。其实对于与系统联系紧密的机组,系统母线同时低电压意义不大,相反有时却制约着保护的出口。

(3) 从保护装置本身考虑,如其有电压断线闭锁及适当的出口延时,单独出口存在误动的概率相对较低。

综上所述,现场没有有关措施(接口)的发电机,如继续运行,势必造成系统与发电机及厂用辅机严重影响,甚至事故扩大。应及时利用保护装置自动切除。

7 结论

（1）加强运行人员的技术和工作责任心培训

发电机手动励磁方式只是在自动励磁调节器故障或副励机不具备投入运行的情况下,临时满足发电的需要。机组手动励磁运行时,运行人员应有高度的工作责任心,集中精力监盘,并能根据负荷的变化,及时调整励磁,使发电机的有功和无功在正常范围,同时应抓紧抢修,尽快恢复自动励磁运行。

（2）低励失磁保护重新设定

当发电机失磁造成静态稳定破坏进人异步运行后,从系统吸收大量无功,此时系统电压仍未降到低电压整定值,失磁保护不能动作将机组从系统解列,这将使邻近机组过载,系统稳定受到威胁,同时6kv母线电压急剧下降,严重威胁厂用辅机的安全运行;还会使定子过流,定子电枢绕组温度上升,定子端部发热及转子发热,对机组自身安全造成很大威胁。故应根据现场实际, 进行合理计算,适当设定,使发电机失磁时,保护能及时将机组从系统解列,确保系统稳定及机组自身安全。

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注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。