發(fā)電機三次諧波電壓比率接地保護誤發(fā)信分析

郭曉平，傅建華，許海標，楊 倫

(南海發(fā)電一廠有限公司，廣東 佛山 528211)

0 引言

某電廠2號發(fā)電機組額定功率220 MW，機端額定電壓為15．75 kV，發(fā)變組保護采用南瑞繼保電氣公司的PCS-985B-H2微機型發(fā)變組保護裝置。定子接地保護A，B柜均采用基波零序過電壓判據(jù)，保護從機端開始至發(fā)電機中性點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。A柜機端三次諧波電壓取自機端TV1開口三角零序電壓，B柜機端三次諧波電壓取自機端TV2開口三角零序電壓。A，B柜發(fā)電機中性點側(cè)三次諧波電壓均取自發(fā)電機中性點接地變TV0，如圖1所示。

1 事件經(jīng)過

2016-11-28T08：44，2號機組DCS光字牌顯示：2號發(fā)電機定子接地報警；2號機發(fā)變組保護A套裝置報警；2號機發(fā)變組保護B套裝置報警。機組運行人員現(xiàn)場檢查2號發(fā)變組保護A柜“三次諧波電壓比率信號”、B柜“三次諧波電壓比率信號”報出情況。

故障發(fā)生時，發(fā)電機帶150 MW有功負荷，發(fā)變組A柜顯示發(fā)電機機端電壓二次值A(chǔ)C為97．01 V，BC為96．91 V，CA為97．03 V；B柜顯示發(fā)電機機端電壓二次值A(chǔ)C為97．01 V，BC為96．91 V，CA為97．17 V；發(fā)電機機端零序電壓為0．02 V，發(fā)電機中性點零序電壓為6．03 V，機端開口三角三次諧波電壓為2．25 V，中性點三次諧波電壓為0．59 V，三次諧波電壓比率值為3．82。

圖1 發(fā)電機TV一次接線

2 原因分析

2.1 三次諧波電壓比率定子接地保護原理

三次諧波電壓比率判據(jù)只保護發(fā)電機中性點以上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(cè)三次諧波電壓取自發(fā)電機中性點TV。

三次諧波電壓比率定子接地保護動作方程：

式中：K3ωzd為機端三次諧波電壓與中性點側(cè)三次諧波電壓比率保護的整定值，U3T，U3N為機端和中性點三次諧波電壓值。

該廠按實測發(fā)電機并網(wǎng)前、后最大三次諧波電壓比值乘以一可靠系數(shù)(1．2—1．5)整定。由于并網(wǎng)前、后測試值相差不大，故均取K3ωzd=1．2。

由于三次諧波電壓定子繞組單相接地保護動作判據(jù)比較薄弱，在運行中只要稍有干擾，特別是中性點回路中稍有不正常時，該保護就可能誤動作，故保護整定為動作延時5．5 s發(fā)信。

三次諧波電壓比率定子繞組接地保護邏輯如圖2所示。

2.2 動作情況分析及排查過程

2．2．1 保護動作信號正確

根據(jù)三次諧波比率原理，因為機端三次諧波電壓 / 中性點三次諧波電壓 =2．25/0．59=3．82，大于整定值1．2，所以三次諧波電壓比率保護動作信號正確。

2．2．2 故障排查過程

由于發(fā)電機定子接地保護三次諧波電壓比率接地保護信號動作，機端三相電壓對地平衡，假如發(fā)電機真正發(fā)生接地故障，由于發(fā)電機基波零序電壓保護只能保護發(fā)電機機端至中性點85 %—95 %的定子繞組單相接地，所以接地點應(yīng)該位于發(fā)電機定子繞組靠近中性點位置。當發(fā)電機靠近中性點接地短路時，由于機端反應(yīng)出的不平衡電壓相對較小，機端三相電壓仍趨于相對平衡，機端TV二次開口三角反應(yīng)出的基波零序電壓相對較小(本次報警發(fā)電機機端零序二次電壓為0．02 V)，故排除發(fā)電機定子機端繞組接地的可能性。而定子接地保護三次諧波電壓比率判據(jù)為配合定子接地基波零序電壓保護構(gòu)成100 %保護，只保護發(fā)電機中性點25 %左右的定子接地，利用發(fā)電機機端電壓三次諧波與發(fā)電機中性點電壓三次諧波比率作為動作條件，當比值大于整定值時發(fā)信報警。

經(jīng)驗表明：當機組正常運行時，發(fā)電機機端電壓三次諧波略小于發(fā)電機中性點電壓三次諧波，保護不動作；當發(fā)電機定子越靠近中性點接地短路時，發(fā)電機中性點電壓三次諧波會越小，而遠離中性點的機端電壓三次諧波會越大，甚至大于中性點電壓三次諧波，啟動保護動作發(fā)信。

經(jīng)過初步判斷，檢修人員對發(fā)電機及相關(guān)一次連接回路進行檢查。由于機組正處于運行狀態(tài)，檢修及運行人員先通過對發(fā)電機中性點尾部7G接地刀閘、接地變壓器、分壓電阻以及通過發(fā)電機外部窺視孔對發(fā)電機內(nèi)部定子繞組進行外觀詳細檢查，均未發(fā)現(xiàn)明顯放電或接地現(xiàn)象。

檢修人員檢查二次回路，以排除二次回路上的干擾或其他原因帶來的保護誤報警。

檢修人員申請退出2號機發(fā)變組保護A屏所有出口壓板及定子接地保護功能壓板，用表計測量發(fā)電機中性點二次電壓L603，B600電壓頻率及幅值。經(jīng)測量中性點基波電壓為0—6．08 V，三次諧波電壓為0—0．44 V，機端零序電壓基波為0，三次諧波為2．25 V。

解開發(fā)變組保護A屏中性點電壓L603連片，觀察裝置中性點三次諧波及基波電壓，發(fā)現(xiàn)無電壓漂浮，顯示為0，恢復(fù)連片。解開中性點發(fā)變組保護A屏電壓B600連片，觀察裝置中性點三次諧波及基波電壓，無電壓漂浮，顯示為0，恢復(fù)連片。檢查確認裝置零漂沒問題。

圖2 三次諧波電壓比率定子繞組接地保護邏輯

解開發(fā)電機中性點TV端子箱L603，B600至2號機發(fā)變組保護A屏電纜觀察裝置中性點三次諧波及基波電壓連片，電壓顯示基波為0．01 V，三次諧波為0．01 V。

用臨時電纜代替原電纜接入L603，B600，接入A屏中性點電壓回路，觀察裝置中性點基波電壓及三次諧波：基波電壓為0—6．08 V，三次諧波電壓為0—0．34 V，三次諧波電壓比值為2．25/0．34=6．617。更換臨時電纜后，故障依舊存在。投回A屏保護出口壓板及定子接地保護功能壓板，A套保護恢復(fù)原運行方式。

按以上試驗方式在B屏做相同試驗，試驗結(jié)果與A屏一致，排除保護裝置內(nèi)部及發(fā)電機中性點TV端子箱L603，B600至2號機發(fā)變組保護A屏、B屏電纜問題。恢復(fù)B套保護運行方式。按發(fā)電機中性點電壓二次回路圖紙(見圖3)，排查L602及B600至發(fā)電機中性點接地變壓器輸出二次回路。

圖3 發(fā)電機中性點電壓二次回路

檢修人員檢查TV0輸出二次端子均未發(fā)現(xiàn)松動等異?，F(xiàn)象，L602及B600接線良好，測量其接線柱外部電壓顯示基波電壓為0—6．11 V，三次諧波電壓為0—0．37 V，與保護屏采樣顯示并無差異。測量接線柱內(nèi)部銅排，發(fā)現(xiàn)電壓顯示與接線柱外部測量值不一致，其基波電壓相對穩(wěn)定為0．02 V，三次諧波電壓為2．69 V。采用交叉測量法，以接有L602的接線柱內(nèi)部銅排對B600接線柱外部端子測量，基波電壓為0．02 V，三次諧波電壓為2．69 V，數(shù)值穩(wěn)定。以接有B600的接線柱內(nèi)部銅排對L602接線柱外部端子測量，電壓漂浮不定，與保護裝置及先前測量數(shù)值相近。判斷為L602接線端子導(dǎo)電不良等原因?qū)е码妷撼霈F(xiàn)漂浮。單獨對L602接線端子內(nèi)部銅排及外接線螺絲進行壓差測量，發(fā)現(xiàn)壓差約為1．58 V，并非等電位。同一連接點而非等電位，再次確認應(yīng)為接觸不良導(dǎo)致電壓漂浮。

2.3 應(yīng)對措施

2．3．1 臨時措施

將L602接線端子內(nèi)部銅排及外接線螺栓采用臨時短接線短接，再次觀察發(fā)變組A柜及B柜，保護A屏發(fā)電機機端二次電壓AB為98．48 V，BC為 98．63 V，CA為98．67 V；保護B屏發(fā)電機機端二次電壓AB為98．46 V，BC為98．53 V，CA為98．76 V；發(fā)電機機端零序電壓為0，發(fā)電機中性點零序電壓為0．02 V，機端開口三角三次諧波電壓為2．20 V，中性點三次諧波電壓為2．64 V，三次諧波電壓比率為0．831。2號發(fā)電機三次諧波電壓比率定子接地保護報警信號消失。臨時措施示意如圖4所示。

圖4 臨時措施示意

根據(jù)現(xiàn)場實際檢查情況，主設(shè)備問題被排除，確定為二次回路接觸不良引起的發(fā)電機三次諧波電壓比率定子接地保護誤發(fā)信。銅排與導(dǎo)電螺栓接觸不良，導(dǎo)致電壓漂浮，基波電壓虛高，發(fā)電機中性點二次電壓回路三次諧波時而減少，引起三次諧波電壓比率接地保護信號誤動是本次事件的主要原因。為了確保機組安全穩(wěn)定運行，不影響發(fā)電機正常發(fā)電，按圖4中加裝跳線的做法使機組維持穩(wěn)定運行。

2．3．2 最終措施及分析

機組停機期間重新檢查銅排與導(dǎo)電螺絲連接情況。拆下檢查后發(fā)現(xiàn)金屬墊片氧化，拆除臨時措施，更換墊片后重新開機，電壓穩(wěn)定。

導(dǎo)致本次誤報警的原因有：機組大修期間檢查不到位；檢修人員對發(fā)電機中性點變壓器及分壓電阻直阻的測量、變比的測量、設(shè)備外觀的檢查不到位；未對氧化嚴重的螺栓或墊片進行更換等。

3 結(jié)束語

三次諧波電壓比率接地保護信號出現(xiàn)，并不一定表明中性點附近真正發(fā)生接地故障。它受發(fā)電機各PT的測量準確度，尤其是PT或二次電壓回路的影響很大，如本次的發(fā)電機中性點二次電壓回路銅排與導(dǎo)電螺栓接觸不良，引起保護測量中性點三次諧波電壓值偏小或波動。這為以后查找類似問題積累了經(jīng)驗。

很多三次諧波定子接地保護誤發(fā)信是人為因素造成的，包括設(shè)計不合理、定值設(shè)定不合理、調(diào)試和維護不良等，具體如電壓互感器熔斷器沒有壓緊、同期回路的影響、干擾問題、二次回路中的極性接反等。當發(fā)電機出現(xiàn)三次諧波定子接地保護誤發(fā)信時， 可以首先檢查上述人為因素，以便盡快找出故障原因。定子三次諧波接地保護誤發(fā)信號是發(fā)電機易出現(xiàn)的故障之一，保證二次測量接線正確、緊固，一次TV操作到位等是重要的反事故措施。按照預(yù)防性試驗規(guī)程及運行規(guī)程，做好相關(guān)檢查及嚴格執(zhí)行操作規(guī)程，可以盡量避免不必要的停機。

1 張燦斌．汽輪發(fā)電機三次諧波電壓定子接地保護的誤動分析[J]．廣東電力，2004，17(3)：26-28．