一起機(jī)組并網(wǎng)過程中發(fā)電機(jī)負(fù)序過負(fù)荷故障分析

吉元濤，梁 剛，趙依欣，盧小琴

（中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司白鶴灘電廠籌建處，四川 涼山615400）

1 引言

在發(fā)電機(jī)保護(hù)中，負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)不僅反映發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子表層過熱狀況，也反映負(fù)序電流引起的其他異常狀況。當(dāng)發(fā)電機(jī)三相負(fù)荷不對(duì)稱時(shí)，發(fā)電機(jī)定子繞組中就會(huì)產(chǎn)生負(fù)序電流。該負(fù)序電流產(chǎn)生與發(fā)電機(jī)同步轉(zhuǎn)速反方向旋轉(zhuǎn)的負(fù)序磁場(chǎng)，相對(duì)于轉(zhuǎn)子為兩倍同步轉(zhuǎn)速，因此在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出100 Hz的倍頻電流，它會(huì)使轉(zhuǎn)子端部、護(hù)環(huán)內(nèi)表面等電流密度很大的部位過熱，造成轉(zhuǎn)子的局部灼傷。本文對(duì)發(fā)生在某大型水力發(fā)電站的一起發(fā)電機(jī)負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作案例進(jìn)行介紹并詳細(xì)地分析故障原因。

2 故障分析

2.1 故障簡(jiǎn)介

2018 年11 月6 日07：50：49，某電站2F 機(jī)組并網(wǎng)加出力期間，監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)“2F：發(fā)電機(jī)A 套負(fù)序過負(fù)荷報(bào)警動(dòng)作、發(fā)電機(jī)B 套負(fù)序過負(fù)荷報(bào)警動(dòng)作”，監(jiān)控系統(tǒng)2F C 相電流為0，其他電氣量無明顯異常。08：18：02，運(yùn)行人員斷開2F GCB 開關(guān)，2F 停機(jī)。保護(hù)專業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)檢查保護(hù)裝置報(bào)文及故障錄波裝置發(fā)現(xiàn)：07：50：48，2F 發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置A、B 套報(bào)“發(fā)電機(jī)負(fù)序過負(fù)荷信號(hào)”；07：51：08 報(bào)“機(jī)端TV 斷線、發(fā)電機(jī)負(fù)序過負(fù)荷信號(hào)”。2F 故障錄波裝置相應(yīng)時(shí)刻有錄波啟動(dòng)。

2.2 發(fā)電機(jī)負(fù)序過負(fù)荷信號(hào)分析

發(fā)電機(jī)定時(shí)限負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)邏輯（圖1），取機(jī)端、中性點(diǎn)負(fù)序電流的最小值作為定時(shí)限負(fù)序電流值，定時(shí)限負(fù)序電流定值為0.1 A，延時(shí)定值為5 s。查看錄波文件，發(fā)現(xiàn)本次事件2F 機(jī)端、中性點(diǎn)負(fù)序電流值一樣，后續(xù)分析均采用2F 機(jī)端負(fù)序電流作為負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)負(fù)序電流值。

圖1 發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置定時(shí)限負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)邏輯

查看故障錄波相應(yīng)時(shí)段波形，07：50：41 左右（圖2），發(fā)電機(jī)機(jī)端負(fù)序電流值達(dá)到0.1 A，延時(shí)5 s后，發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置報(bào)“發(fā)電機(jī)負(fù)序過負(fù)荷信號(hào)”。此時(shí)刻機(jī)端電流負(fù)序量以及時(shí)序分析結(jié)果滿足發(fā)電機(jī)負(fù)序過負(fù)荷報(bào)警邏輯，2F 發(fā)電機(jī)A、B 套保護(hù)裝置正確動(dòng)作，報(bào)“發(fā)電機(jī)負(fù)序過負(fù)荷信號(hào)”。

07：56：13 左右（圖3），發(fā)電機(jī)機(jī)端電流負(fù)序電流值降低至0.1 A 以下，“發(fā)電機(jī)負(fù)序過負(fù)荷信號(hào)”復(fù)歸，該時(shí)刻與發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置報(bào)警復(fù)歸時(shí)刻相符。

圖2 07：50：41 故障錄波-機(jī)端負(fù)序電流

圖3 07：56：13 故障錄波-機(jī)端負(fù)序電流

發(fā)電機(jī)反時(shí)限負(fù)序過負(fù)荷信號(hào)邏輯（圖4），反時(shí)限負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)由3 部分組成：①下限啟動(dòng)，②反時(shí)限部分，③上限定時(shí)限部分。上限定時(shí)限部分設(shè)最小動(dòng)作時(shí)間定值。

圖4 發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置反時(shí)限負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)邏輯

反時(shí)限保護(hù)動(dòng)作方程：

式中，I2為發(fā)電機(jī)負(fù)序電流，Iezd為發(fā)電機(jī)額定電流二次值，I2szd為發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行允許負(fù)序電流（標(biāo)幺值），A為轉(zhuǎn)子負(fù)序發(fā)熱常數(shù)。

整個(gè)事件過程中，發(fā)電機(jī)機(jī)端電流負(fù)序電流最大值為0.196 A。

根據(jù)反時(shí)限保護(hù)動(dòng)作方程，計(jì)算出負(fù)序電流值為0.196 A 時(shí)，反時(shí)限負(fù)序過負(fù)荷動(dòng)作延時(shí)t最小值為878.32 s。本次事件機(jī)端電流負(fù)序電流大于0.1 A的持續(xù)時(shí)間約360 s 左右，該時(shí)間未能達(dá)到反時(shí)限負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)動(dòng)作定值，故2F 發(fā)電機(jī)保護(hù)A、B套反時(shí)限負(fù)序過負(fù)荷保護(hù)均未動(dòng)作。

2.3 機(jī)端TV 斷線

發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置TV 斷線判據(jù)：

正序電壓小于18 V，且任一相電流大于0.04In；

負(fù)序電壓3U2大于8 V。

滿足以上任一條件延時(shí)10 s 發(fā)相應(yīng)TV 斷線報(bào)警信號(hào)，異常消失，延時(shí)10 s 后信號(hào)自動(dòng)返回。

07：50：56 左右（圖5），發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓負(fù)序值U2達(dá)到2.678 V，并持續(xù)增大，此時(shí)負(fù)序電壓3U2大于8 V，滿足TV 斷線判據(jù)，延時(shí)10 s 后，報(bào)“機(jī)端TV 斷線”。

圖5 07：50：57 故障錄波-機(jī)端負(fù)序電壓

07：52：22 左右（圖6），發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓負(fù)序值U2降低至2.666 V，并持續(xù)降低，此時(shí)負(fù)序電壓3U2小于8 V，延時(shí)10 s 后，“機(jī)端TV 斷線”信號(hào)復(fù)歸。

圖6 07：52：22 故障錄波-機(jī)端負(fù)序電壓

2.4 機(jī)組故障錄波分析

通過對(duì)2F 機(jī)組故障錄波裝置各時(shí)段波形的分析，得出運(yùn)行工況統(tǒng)計(jì)表見表1。

2.5 故障點(diǎn)分析

由以上可知，2F 發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置A、B 套報(bào)文與監(jiān)控系統(tǒng)事件一致，且與機(jī)組故障錄波裝置所記錄的波形相符。2F 機(jī)組中性點(diǎn)至主變低壓側(cè)之間C 相電流值為0，且零序電流、電壓值均為0，排除接地故障可能，僅由不平衡電流、電壓產(chǎn)生負(fù)序電流、負(fù)序電壓，由此可見從2F 機(jī)組中性點(diǎn)至主變低壓側(cè)之間的一次設(shè)備C 相存在斷點(diǎn)。經(jīng)過電廠人員對(duì)一次設(shè)備進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)2F GCB 出口隔離刀閘C相傳動(dòng)連桿脫落，造成2F 機(jī)組非全相運(yùn)行，發(fā)電機(jī)負(fù)序過負(fù)荷動(dòng)作告警。

表1 機(jī)組故障時(shí)刻運(yùn)行工況統(tǒng)計(jì)表

3 結(jié)論

本文通過對(duì)機(jī)組并網(wǎng)中發(fā)電機(jī)負(fù)序過負(fù)荷動(dòng)作后故障分析，介紹了繼電保護(hù)動(dòng)作后故障分析的方法，從機(jī)組監(jiān)控事件、保護(hù)裝置動(dòng)作信號(hào)出發(fā)，分析故障波形，提取故障參數(shù)，結(jié)合保護(hù)邏輯圖分析繼電保護(hù)動(dòng)作正確性，最終查找故障點(diǎn)。為以后處理類似故障提供了參考經(jīng)驗(yàn)。