25 MW發(fā)電機(jī)組失磁保護(hù)動(dòng)作原因分析與處理

呂 欣

（遼寧省機(jī)關(guān)事務(wù)管理局省政府大院電力管理所，遼寧沈陽 110032）

引言

某冶金企業(yè)進(jìn)一步挖掘節(jié)能減排潛力，進(jìn)行富余煤氣循環(huán)綜合回收利用，投運(yùn)130 t/h高溫高壓煤氣鍋爐生產(chǎn)蒸汽拖動(dòng)高爐AV50汽動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)和25 MW發(fā)電機(jī)組同時(shí)運(yùn)行，常規(guī)下，180 m2燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)7400 kW電動(dòng)機(jī)由燒結(jié)二線啟動(dòng)正常運(yùn)行后并列倒閘至燒結(jié)一線運(yùn)行，即為25 MW發(fā)電機(jī)組提供穩(wěn)定用電負(fù)荷，又可防止大功率電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)沖擊供電系統(tǒng)，2017年5月8日，受負(fù)荷平衡限制，決定由燒結(jié)一線直接啟動(dòng)主抽風(fēng)機(jī)，燒結(jié)一線及其系統(tǒng)參數(shù)具備啟動(dòng)條件，但啟動(dòng)過程中主抽風(fēng)機(jī)啟動(dòng)正常、運(yùn)行無問題，25 MW發(fā)電機(jī)組保護(hù)裝置DCAP3080報(bào)失磁保護(hù)動(dòng)作，發(fā)電機(jī)跳閘解列。

2 工況概述

2.1 運(yùn)行方式

常規(guī)下，66/6 kV總降變電站66 kV工鐵一、二線分帶1#和2#主變及其所帶6 kVⅠ段和Ⅱ段母線運(yùn)行，25 MW發(fā)電機(jī)組通過聯(lián)絡(luò)線并網(wǎng)于6 kVⅡ段母線，6 kVⅡ段母線燒結(jié)一線帶180 m2燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)7400 kW電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，主接線示意如圖1。

2.2 主要設(shè)備工況

25 MW發(fā)電機(jī)組在生產(chǎn)節(jié)奏穩(wěn)定、富余煤氣充足、鍋爐和汽輪機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行正常情況下運(yùn)行效率可達(dá)80%，發(fā)電有功功率達(dá)20000 kW，按功率因數(shù)在0.8～0.95之間運(yùn)行考慮，發(fā)電容量約為24000 kVA，25 MW發(fā)電機(jī)組參數(shù)如下：

型號(hào)：QFW-25-2；

額定功率：25 MW；

功率因數(shù)：0.8；

額定電壓：6.3 kV；

額定電流：2863.92 A；

同步電抗（Xd）：2.2492；

瞬態(tài)電抗（Xd′）：0.2128。

2#主變額定容量為31500 kVA，25 MW發(fā)電機(jī)組停機(jī)或事故跳閘時(shí)，2#主變負(fù)載將達(dá)約36000 kVA，負(fù)載率將達(dá)約115%（小于變壓器允許短時(shí)過載值），需應(yīng)急將主抽風(fēng)機(jī)并列倒閘至燒結(jié)二線，負(fù)載率降為87%，25 MW發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電時(shí)，負(fù)載率可控制在11%～87%之間，既不造成功率倒送地區(qū)電網(wǎng)，形成功率穿越運(yùn)行，也可實(shí)現(xiàn)變壓器在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行負(fù)載范圍內(nèi)運(yùn)行。2#主變參數(shù)如下：

型號(hào)：SZ11-31500/66；

電壓組合：（66±8×1.25%）6.6 kV；

容量：31500 kVA；

聯(lián)接組別：YN，d11；

一次主分接：66kV/275.6A；

二次：6.6kV/2755.6A；

空載電流：0.15%；

空載損耗：22.20 kW；

阻抗電壓：9.09%；

負(fù)載損耗：117.74 kW。

主抽風(fēng)機(jī)7400 kW電動(dòng)機(jī)采用液阻降壓方式啟動(dòng)，啟動(dòng)電流約在3300～3500 A之間，啟動(dòng)電流比較平穩(wěn)，啟動(dòng)時(shí)間約在49～56 s之間，供電系統(tǒng)啟動(dòng)電壓降約在0.6～1 kV之間，電壓降比為15%左右，啟動(dòng)過程比較平滑，主抽風(fēng)機(jī)參數(shù)如下：

型號(hào)：TD-7400-6；

額定功率：7400 kW；

功率因數(shù)：0.9；

額定電壓：6.3 kV；

額定電流：753.53 A。

圖1 主接線示意圖

3 失磁保護(hù)動(dòng)作

2017年5月8日17時(shí)47分52秒，25 MW發(fā)電機(jī)組保護(hù)裝置DCAP3080報(bào)失磁保護(hù)動(dòng)作，發(fā)電機(jī)組跳閘解列。

3.1 失磁保護(hù)配置

25 MW發(fā)電機(jī)組采用DCAP3080微機(jī)綜合阻抗型失磁保護(hù)裝置，該裝置適用于6～35 kV或66 kV中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，作為發(fā)電機(jī)的保護(hù)、測量、控制單元。

保護(hù)動(dòng)作延時(shí)按發(fā)電機(jī)組安全所允許的無勵(lì)磁異步運(yùn)行時(shí)間整定。

失磁保護(hù)整定值：Xa=1.72，Xb=36.27失磁保護(hù)延時(shí)取0.5 s。

3.2 數(shù)據(jù)采集

保護(hù)動(dòng)作前正常運(yùn)行時(shí)，相電壓、線電壓、相電流及其角度顯示數(shù)據(jù)如表1。

表1 保護(hù)動(dòng)作前電壓電流運(yùn)行數(shù)據(jù)

失磁保護(hù)動(dòng)作時(shí)，相電壓、線電壓、相電流報(bào)文顯示數(shù)據(jù)如表2。

表2 保護(hù)動(dòng)作時(shí)電壓電流報(bào)文數(shù)據(jù)

3.3 動(dòng)作原因分析

3.3.1 初步數(shù)據(jù)分析

根據(jù)失磁保護(hù)動(dòng)作前正常運(yùn)行時(shí)的電量數(shù)據(jù)反映，相電流角度滯后相電壓210°，判斷為電流極性接反所致，實(shí)際情況應(yīng)是相電流滯后相電壓30°左右。

根據(jù)失磁保護(hù)動(dòng)作時(shí)的報(bào)文電量數(shù)據(jù)反映，A相電壓降低，B相和C相電壓升高，線電壓均未變化，判斷為當(dāng)時(shí)系統(tǒng)附近有A相接地情況。

3.3.2 綜合分析

DCAP3080保護(hù)裝置的失磁保護(hù)工作原理是通過判斷發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓與機(jī)端電流的計(jì)算機(jī)端等效阻抗，發(fā)電機(jī)發(fā)生低勵(lì)、失磁故障后，機(jī)端阻抗會(huì)落入定值劃定的異步阻抗圓內(nèi)，進(jìn)而保護(hù)啟動(dòng)動(dòng)作于跳閘。

發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，機(jī)端阻抗應(yīng)該在第一象限。根據(jù)采集數(shù)據(jù)分析判斷，25 MW發(fā)電機(jī)二次回路電流極性接反，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)計(jì)算的機(jī)端阻抗落在了第三象限，且緊鄰動(dòng)作圓邊界。本次發(fā)生失磁保護(hù)動(dòng)作時(shí)，能源電力調(diào)度安排采用6 kVⅡ段母線燒結(jié)一線供電啟動(dòng)180 m2燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)7400 kW電動(dòng)機(jī)，25 MW發(fā)電機(jī)通過聯(lián)絡(luò)線并網(wǎng)于6 kVⅡ段母線，雖然供電系統(tǒng)容量及相關(guān)運(yùn)行數(shù)據(jù)均滿足主抽風(fēng)機(jī)啟動(dòng)條件，但由于大功率電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，瞬時(shí)大量吸收系統(tǒng)無功功率，系統(tǒng)電壓降低，造成發(fā)電機(jī)阻抗角度上偏，阻抗變小，落入失磁保護(hù)動(dòng)作區(qū)阻抗圓內(nèi)，滿足失磁保護(hù)動(dòng)作條件，直接導(dǎo)致保護(hù)動(dòng)作，發(fā)電機(jī)組跳閘解列。

另外根據(jù)失磁保護(hù)動(dòng)作時(shí)的報(bào)文數(shù)據(jù)分析，在保護(hù)動(dòng)作時(shí)系統(tǒng)存在A相接地的情況。

4 問題處理

經(jīng)核查發(fā)電機(jī)二次電流電流回路的接線，確認(rèn)本次25 MW發(fā)電機(jī)組發(fā)生失磁保護(hù)動(dòng)作跳閘的原因是發(fā)電機(jī)二次回路三相保護(hù)電流極性接反所致，保護(hù)裝置功能正常，啟動(dòng)180 m2燒結(jié)主抽風(fēng)機(jī)7400 kW電動(dòng)機(jī)只是誘因，并非問題所在，改正電流極性，相電壓、線電壓、相電流及其角度數(shù)據(jù)正常無問題。

鑒于可能存在的系統(tǒng)A相接地問題，25 MW發(fā)電機(jī)組并網(wǎng)前測試并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線絕緣情況，發(fā)現(xiàn)A相4根單芯電纜絕緣不良且搖表指針不穩(wěn)，通過高壓試驗(yàn)進(jìn)一步核實(shí)A相單芯電纜中存在一根絕緣不良的電纜，經(jīng)處理后送電并網(wǎng)。

5 結(jié)束語

冶金企業(yè)總降變電站主變?nèi)萘坑邢蓿?5 MW機(jī)組基本與31500 kVA主變等容量運(yùn)行，失磁故障將造成系統(tǒng)無功功率不足，電壓下降，嚴(yán)重時(shí)將造成供電系統(tǒng)的電壓崩潰，直接影響高爐電動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)、變頻器及軋鋼工序生產(chǎn)等，由發(fā)電機(jī)失磁故障引發(fā)系統(tǒng)性生產(chǎn)事故，一旦發(fā)生失磁，發(fā)電機(jī)必須盡快解列切除，確保供電系統(tǒng)安全運(yùn)行，另發(fā)電機(jī)組突然解列跳機(jī)，又會(huì)嚴(yán)重危及鍋爐系統(tǒng)、汽輪機(jī)系統(tǒng)和煤氣系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

綜合上述，發(fā)電機(jī)組容量占系統(tǒng)容量比例不宜過大，一旦機(jī)組失磁解列，將造成系統(tǒng)有功功率供給不足，如不切除或失磁保護(hù)未動(dòng)作，系統(tǒng)將因無功功率不足而崩潰，為此建議選擇并網(wǎng)發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量小于系統(tǒng)總?cè)萘康?%～7%。

[1]范天明，曹強(qiáng).TRT機(jī)組失磁保護(hù)動(dòng)作機(jī)組跳閘原因及解決措施[J]. 冶金動(dòng)力，2009（6）：44-48.

[2]劉一丹，張小易，崔曉祥.火電廠發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)阻抗判據(jù)的探討[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2010，38（20）：235-237.