一起發(fā)電機(jī)定子三次諧波保護(hù)誤發(fā)信的分析和處理

1、一起發(fā)電機(jī)定子三次諧波保護(hù)誤發(fā)信的分析和處理曹積慧 韋江平 （龍灘水電開發(fā)有限公司，廣西 天峨 547300）摘要：通過一起發(fā)電機(jī)定子三次諧波保護(hù)誤發(fā)信的原因分析和處理，闡明了PT小車推不到位是定子三次諧波保護(hù)誤發(fā)信的人為因素原因之一，并舉一反三的總結(jié)了此類人為因素的原因和提出了查找思路和運(yùn)行操作的注意事項。關(guān)鍵詞： 電壓互感器 不到位 定子接地保護(hù) 三次諧波 人為因素0引言廣西龍灘電廠一期工程安裝7×700MW水輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)端額定電壓為18kV，發(fā)電機(jī)保護(hù)采用南瑞繼保電氣公司的RCS-985GW微機(jī)型發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置。定子接地保護(hù)A柜采用外加電源式定子接地保護(hù)，B柜采用基波零序過電

2、壓判據(jù)保護(hù)從機(jī)端開始85-95的定子繞組單相接地故障，采用三次諧波電壓比率和差動判據(jù)保護(hù)發(fā)電機(jī)中性點附近的定子繞組單相接地故障，機(jī)端三次諧波電壓取自機(jī)端813PT開口三角零序電壓，中性點側(cè)三次諧波電壓取自發(fā)電機(jī)中性點1ZB的PT，見圖1。為了防止機(jī)端PT一次斷線導(dǎo)致定子接地保護(hù)誤動，保護(hù)檢出機(jī)端PT一次斷線后選擇閉鎖定子三次諧波電壓差動保護(hù)的配置方案。圖1發(fā)電機(jī)PT一次接線圖1 事件經(jīng)過2008年10月13日07：21監(jiān)控簡報發(fā)：“1）1號發(fā)電機(jī)保護(hù)B套定子接地報警；2）1號機(jī)電氣保護(hù)B套動作；3）1號機(jī)電氣保護(hù)系統(tǒng)異?！保O(jiān)控光字有：“1）1號機(jī)發(fā)電機(jī)保護(hù)B套裝置報警；2）1號機(jī)發(fā)電機(jī)保護(hù)B

3、套PT斷線；3）1號機(jī)發(fā)電機(jī)保護(hù)B套定子接地報警?！边\(yùn)行現(xiàn)場檢查1號發(fā)電機(jī)保護(hù)B套：“1）機(jī)端PT斷線；2）機(jī)端PT一次斷線閉鎖三次諧波；3）三次諧波電壓比率信號” ，當(dāng)時發(fā)電機(jī)從7點13分開始開機(jī)升壓并網(wǎng)一直到7點21分帶負(fù)荷有功330MW，無功-30.1Mvar。1號發(fā)電機(jī)出口PT二次電壓除了813PT C相的17、18號保險二次電壓為42V外，其余的全部都是58 V。通過保護(hù)采樣和故障錄波器啟動報告顯示，見圖2、圖3、圖4，兩裝置上采樣數(shù)據(jù)一樣，具體數(shù)據(jù)如下：發(fā)電機(jī)A相電壓：57.5745-58.300V，發(fā)電機(jī)B相電壓：57.3288-178.910V，發(fā)電機(jī)C相電壓：42.47166

4、7.160V，發(fā)電機(jī)機(jī)端零序電壓：10.3076V， 發(fā)電機(jī)中性點零序電壓：0.05V，機(jī)端開口三角三次諧波電壓：4.56V，中性點三次諧波電壓：1.52V，三次諧波電壓差值：1.82V。圖2 發(fā)電機(jī)升壓時保護(hù)裝置錄波圖圖3 發(fā)電機(jī)升壓時故障錄波器錄波圖圖4 發(fā)電機(jī)帶負(fù)荷330MW時故障錄波器錄波圖2 原因分析2.1定子三次諧波保護(hù)原理三次諧波電壓比率定子接地保護(hù) 三次諧波電壓比率判據(jù)只保護(hù)發(fā)電機(jī)中性點25左右的定子接地， 機(jī)端三次諧波電壓取自機(jī)端開口三角零序電壓，中性點側(cè)三次諧波電壓取自發(fā)電機(jī)中性點PT。 三次諧波保護(hù)動作方程：U3TU3N K3wzd 式中： U3T、U3N為機(jī)端和中性點三

5、次諧波電壓值，K3wzd為三次諧波電壓比值整定值。 機(jī)組并網(wǎng)前后，機(jī)端等值容抗有較大的變化，因此三次諧波電壓比率關(guān)系也隨之變化，本裝置在機(jī)組并網(wǎng)前后各設(shè)一段定值，隨機(jī)組出口斷路器位置接點變化自動切換。 三次諧波電壓比率判據(jù)可選擇動作于跳閘或信號。 三次諧波電壓差動定子接地保護(hù) 三次諧波電壓差動判據(jù)： 式中 為中性點、機(jī)端三次諧波電壓向量，為自動跟蹤調(diào)整系數(shù)向量， kre為三次諧波差動比率定值。本判據(jù)在機(jī)組并網(wǎng)后且負(fù)荷電流大于0.2Ie(發(fā)電機(jī)額定電流)時自動投入。三次諧波電壓差動判據(jù)動作于信號。2.1.3 機(jī)端PT斷線原理 機(jī)端PT 斷線報警 動作判據(jù)： （1）正序電壓小于18V，且任一相電流

6、大0.04In； （2）負(fù)序電壓3U2大于 8V。 滿足以上任一條件延時 10S 發(fā)相應(yīng) PT 斷線報警信號，異常消失，延時 10s 后信號自動返回。2.1.4 機(jī)端PT斷線和機(jī)端PT一次斷線閉鎖原理 機(jī)端PT一次斷線時機(jī)端零序電壓基波分量增加，三次諧波分量減小，不會導(dǎo)致基波零序電壓保護(hù)、三次諧波比率判據(jù)誤動，但會導(dǎo)致三次諧波電壓差動誤動，因此，在機(jī)端PT一次斷線時閉鎖三次諧波電壓差動保護(hù)。動作判據(jù)： （1）中性點負(fù)序電壓 3U2< 3V （2）PT1負(fù)序電壓 3U2 > 8V （3）PT1開口三角零序電壓 3U0 > 8V （4）PT1自產(chǎn)零序電壓 3U0 > 8V

7、同時滿足以上條件經(jīng)10s發(fā) PT 一次斷線報警信號，并閉鎖三次諧波電壓差動定子接地保護(hù)。2.2動作情況分析機(jī)端PT斷線和機(jī)端PT一次斷線正確動作（1）中性點負(fù)序電壓幾乎為零，3U2< 3V條件成立。（2）機(jī)端PT負(fù)序電壓3U2=3(1/3( UA+UB×ej240+UC×ej120)=3(1/3（57.5745-58.300+57.3288-178.910×ej240+42.471667.160×ej120) )=16.338V>8V, 條件成立。（3）機(jī)端開口三角零序電壓 3U0 =10.3067V> 8V，條件成立，（4）機(jī)端PT自

8、產(chǎn)零序電壓3U0 =3(1/3( UA+UB +UC)=3(1/3（57.5745-58.300+57.3288-178.910 +42.471667.160 )=15.207V> 8V，條件成立，以上條件滿足，機(jī)端PT一次斷線判據(jù)成立，機(jī)端PT一次斷線動作。同時機(jī)端PT斷線條件之一機(jī)端PT負(fù)序電壓3U2>8V，條件成立，機(jī)端PT斷線判據(jù)成立，機(jī)端PT斷線動作。 所以PT出現(xiàn)兩相電壓正常，另一相電壓異?，F(xiàn)象，保護(hù)裝置正確反映此異?，F(xiàn)象。三次諧波差動信號不動作根據(jù)三次諧波差動原理，三次諧波電壓差值1.82大于三次諧波差動比率定值與中性點三次諧波乘積0.3×1.52。符合三次

9、諧波差動信號方程，但機(jī)端PT一次斷線閉鎖三次諧波差動信號，所以三次諧波差動信號不動作。三次諧波電壓比率信號動作根據(jù)三次諧波比率原理，機(jī)端三次諧波/中性點三次諧波=4.56/1.52=3，大于整定值1.5， 但機(jī)端PT一次斷線不閉鎖三次諧波電壓比率信號，所以三次諧波電壓比率信號動作。2.2為什么此時機(jī)端PT一次斷線時機(jī)端開口三角繞組含有大量的三次諧波電壓分量呢？并引起三次諧波電壓比率信號動作？ 根據(jù)純理論，機(jī)端PT一次斷線時，機(jī)端三次諧波減少，可能會引起三次諧波差動信號誤動，三次諧波電壓比率信號不會動作。但從此異常情況上看，恰恰相反。理論上說的出現(xiàn)機(jī)端PT一次斷線是穩(wěn)態(tài)，完全斷線現(xiàn)象。而從圖2、

10、3、4來看我們注意到一個特點：發(fā)電機(jī)在逐漸升壓時，發(fā)電機(jī)出口電壓C相的波形從零到間斷的小突變，再到連續(xù)的非50Hz正弦波，此后波形一直是發(fā)生畸變。經(jīng)現(xiàn)場檢查確認(rèn)，認(rèn)為原因為本次機(jī)端PT一次斷線異常是過度穩(wěn)態(tài)，或是暫態(tài)過程，是一次部分的動觸頭和靜觸頭接觸不良引起動、靜觸頭間放電，兩者經(jīng)電弧連接，從而引起C相電壓波形有點畸變，并存在大量三次諧波分量，同時開口三角形也感應(yīng)出大量的三次諧波分量。因此三次諧波電壓增加，引起三次諧波電壓比率信號動作。2.3 機(jī)端PT檢查和處理根據(jù)現(xiàn)象結(jié)合繼電保護(hù)原理，馬上對1號發(fā)電機(jī)機(jī)端PT檢查，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)1號發(fā)電機(jī)機(jī)端813PTC相PT位置差2-3厘米的位置才到位，動靜頭

11、觸頭間看到小的放電現(xiàn)象。此時問題的現(xiàn)象和原因已經(jīng)很明確，決定把1號機(jī)組停機(jī)下來，檢查1號發(fā)電機(jī)機(jī)端813PTC相PT的動靜頭觸頭情況良好后小車推到位，開機(jī)升壓并網(wǎng)運(yùn)行后，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓值正常，保護(hù)運(yùn)行正常。3 結(jié)束語本次由機(jī)端PT小車推不到位導(dǎo)致保護(hù)異常報警信號的事件引起我們深入的思考：（1）保護(hù)和故障錄波器裝置，能正確反映故障現(xiàn)象，裝置原理正常，裝置良好。（2）對于三次諧波電壓比率信號出現(xiàn)，并不一定表明中性點附近有接地現(xiàn)象，它受機(jī)端PT的測量影響很大，尤其是PT出現(xiàn)問題，例如本次的一次部分的動觸頭和靜觸頭接觸不良引起動、靜觸頭間放電，或PT繞組有匝間短路的異常問題等引起機(jī)端PT測量波形出現(xiàn)畸

12、變，存在大量三次諧波分量，開口三角形也感應(yīng)出大量的三次諧波分量。這特征為我們以后查找問題積累經(jīng)驗。（3）歸根結(jié)底，本次異常事件原因為人為因素。從人為因素方面分析，在發(fā)電機(jī)調(diào)試和運(yùn)行過程中, 很多三次諧波定子接地保護(hù)誤發(fā)信不是由于原理本身的問題, 而是人為因素造成的, 包括設(shè)計不合理、定值設(shè)定不合理、調(diào)試和維護(hù)不良等。常見的人為因素有保護(hù)配有多余的移相回路；電壓互感器斷線誤閉鎖，使得保護(hù)拒動；冷卻水水質(zhì)不良；電壓互感器相熔斷器沒有壓緊；同期回路的影響；干擾問題；二次回路中的極性接反等等。本次事件中機(jī)端PT小車推不到位和電壓互感器相熔斷器沒有壓緊為同出一轍。（4）當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)三次諧波定子接地保護(hù)誤發(fā)信時, 可以首先檢查一下以上常見的與原理無關(guān)的人為因素, 這樣可以為快速找到事故的根源提供捷徑。（5）定子三次諧波誤發(fā)信號是發(fā)電機(jī)易出現(xiàn)的故障之一，保證二次測量