1、.一起發(fā)電機定子三次諧波保護誤發(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)電機定子三次諧波保護誤發(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誤發(fā)信的人為因素原因之一，并舉一反三的總結了此類人為因素的原因和提出了查找思路和運行操作的注意事項。關鍵詞： 電壓互感器 不到位 定子接地保護 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)電機組，機端額定電壓為18kV，發(fā)電機保護采用南瑞繼保電氣公司的RCS-985GW微機型發(fā)電機保護裝置。定子接地保護A柜采用外加電源式定子接地保護，B柜采用基波零序過

2、電壓判據(jù)保護從機端開始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)保護發(fā)電機中性點附近的定子繞組單相接地故障，機端三次諧波電壓取自機端813PT開口三角零序電壓，中性點側三次諧波電壓取自發(fā)電機中性點1ZB的PT，見圖1。為了防止機端PT一次斷線導致定子接地保護誤動，保護檢出機端PT一次斷線后選擇閉鎖定子三次諧波電壓差動保護的配置方案。圖1發(fā)電機PT一次接線圖1 事件經過2008年10月13日07：21監(jiān)控簡報發(fā)：“1）1號發(fā)電機保護B套定子接地報警；2）1號機電氣保護B套動作；3）1號機電氣保護系統(tǒng)異常”，監(jiān)控光字有：“1）1號機發(fā)電機保護B套裝置報警；2）1號機發(fā)電機保護

3、B套PT斷線；3）1號機發(fā)電機保護B套定子接地報警。”運行現(xiàn)場檢查1號發(fā)電機保護B套：“1）機端PT斷線；2）機端PT一次斷線閉鎖三次諧波；3）三次諧波電壓比率信號” ，當時發(fā)電機從7點13分開始開機升壓并網一直到7點21分帶負荷有功330MW，無功-30.1Mvar。1號發(fā)電機出口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A相電壓：57.5745-58.300V，發(fā)電機B相電壓：57.3288-178.910V，發(fā)電機C相電壓：42.4716

4、67.160V，發(fā)電機機端零序電壓：10.3076V， 發(fā)電機中性點零序電壓：0.05V，機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)電機升壓時保護裝置錄波圖圖3 發(fā)電機升壓時故障錄波器錄波圖圖4 發(fā)電機帶負荷330MW時故障錄波器錄波圖2 原因分析2.1定子三次諧波保護原理2.1.1三次諧波電壓比率定子接地保護 三次諧波電壓比率判據(jù)只保護發(fā)電機中性點25左右的定子接地， 機端三次諧波電壓取自機端開口三角零序電壓，中性點側三次諧波電壓取自發(fā)電機中性點PT。 三次諧波保護動作方程：U3TU3N K3wzd 式中： U3T、U3N為機

5、端和中性點三次諧波電壓值，K3wzd為三次諧波電壓比值整定值。 機組并網前后，機端等值容抗有較大的變化，因此三次諧波電壓比率關系也隨之變化，本裝置在機組并網前后各設一段定值，隨機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。 2.1.2三次諧波電壓差動定子接地保護 三次諧波電壓差動判據(jù)： 式中 為中性點、機端三次諧波電壓向量，為自動跟蹤調整系數(shù)向量， kre為三次諧波差動比率定值。本判據(jù)在機組并網后且負荷電流大于0.2Ie(發(fā)電機額定電流)時自動投入。三次諧波電壓差動判據(jù)動作于信號。2.1.3 機端PT斷線原理 機端PT 斷線報警 動作判據(jù)： （1）正序電壓小

6、于18V，且任一相電流大0.04In； （2）負序電壓3U2大于 8V。 滿足以上任一條件延時 10S 發(fā)相應 PT 斷線報警信號，異常消失，延時 10s 后信號自動返回。2.1.4 機端PT斷線和機端PT一次斷線閉鎖原理 機端PT一次斷線時機端零序電壓基波分量增加，三次諧波分量減小，不會導致基波零序電壓保護、三次諧波比率判據(jù)誤動，但會導致三次諧波電壓差動誤動，因此，在機端PT一次斷線時閉鎖三次諧波電壓差動保護。動作判據(jù)： （1）中性點負序電壓 3U2< 3V （2）PT1負序電壓 3U2 > 8V （3）PT1開口三角零序電壓 3U0 > 8V （4）PT1自產零序電壓 3

7、U0 > 8V 同時滿足以上條件經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。2.2動作情況分析2.2.1機端PT斷線和機端PT一次斷線正確動作（1）中性點負序電壓幾乎為零，3U2< 3V條件成立。（2）機端PT負序電壓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）機端開口三角零序電壓 3U0 =10.3067V>

8、8V，條件成立，（4）機端PT自產零序電壓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，機端PT一次斷線判據(jù)成立，機端PT一次斷線動作。同時機端PT斷線條件之一機端PT負序電壓3U2>8V，條件成立，機端PT斷線判據(jù)成立，機端PT斷線動作。 所以PT出現(xiàn)兩相電壓正常，另一相電壓異常現(xiàn)象，保護裝置正確反映此異常現(xiàn)象。2.2.2三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

9、波乘積0.3×1.52。符合三次諧波差動信號方程，但機端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。2.2.3三次諧波電壓比率信號動作根據(jù)三次諧波比率原理，機端三次諧波/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為什么此時機端PT一次斷線時機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，機端PT一次斷線時，機端三次諧波減少，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

10、出現(xiàn)機端PT一次斷線是穩(wěn)態(tài)，完全斷線現(xiàn)象。而從圖2、3、4來看我們注意到一個特點：發(fā)電機在逐漸升壓時，發(fā)電機出口電壓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。經現(xiàn)場檢查確認，認為原因為本次機端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 機端PT檢查和處理根據(jù)現(xiàn)象結合繼電保護原理，馬上對1號發(fā)電機機端PT檢查，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)1號發(fā)電機機端8

11、13PTC相PT位置差2-3厘米的位置才到位，動靜頭觸頭間看到小的放電現(xiàn)象。此時問題的現(xiàn)象和原因已經很明確，決定把1號機組停機下來，檢查1號發(fā)電機機端813PTC相PT的動靜頭觸頭情況良好后小車推到位，開機升壓并網運行后，發(fā)電機機端電壓值正常，保護運行正常。3 結束語本次由機端PT小車推不到位導致保護異常報警信號的事件引起我們深入的思考：（1）保護和故障錄波器裝置，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

12、繞組有匝間短路的異常問題等引起機端PT測量波形出現(xiàn)畸變，存在大量三次諧波分量，開口三角形也感應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驗。（3）歸根結底，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)電機調試和運行過程中, 很多三次諧波定子接地保護誤發(fā)信不是由于原理本身的問題, 而是人為因素造成的, 包括設計不合理、定值設定不合理、調試和維護不良等。常見的人為因素有保護配有多余的移相回路；電壓互感器斷線誤閉鎖，使得保護拒動；冷卻水水質不良；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）當發(fā)電機出現(xiàn)三次諧波定子接地保護誤發(fā)信時, 可以首先檢查一下以上常見的與原理無關的人為因素, 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)電機易出現(xiàn)的故障之一，保證二次測