大藤峽水力發(fā)電廠發(fā)電機出口PT斷線動作信號分析

周精明，程俊才，郝慧賢，陶太宏，張凌云

（廣西大藤峽水利樞紐開發(fā)有限責任公司，廣西 桂平 537226）

1 概述

電壓互感器（簡稱PT）是將高電壓變成低電壓的一種電氣設備，主要分為電磁式電壓互感器和電容分壓式電壓互感器兩種。其中，電磁式電壓互感器的工作原理和變壓器類似，都是用來變換電壓。但是，變壓器變換電壓的目的是為了輸送電能，因此容量很大；而電壓互感器變換電壓則主要是用來給測量儀表和繼電保護裝置供電，用來測量線路的電壓、功率和電能，或用來在線路發(fā)生故障時保護線路中的貴重設備、發(fā)電機和變壓器[1]。因此，當電壓互感器無論一次還是二次回路出現(xiàn)故障，都將給整個二次系統(tǒng)帶來嚴重影響[2]。本文基于大藤峽水力發(fā)電廠7號機組發(fā)電機出口PT斷線的實際案例，對機組計算機監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)速器系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、繼電保護系統(tǒng)的動作信號進行了原因分析，為機組運行維護提供參考依據(jù)。

2 發(fā)電機出口PT簡介

大藤峽水力發(fā)電廠7號機組發(fā)電機出口共有3組電壓互感器（PT1、PT2、PT3），其中PT1的繞組Ⅰ供機組出口電能表使用，繞組Ⅱ及開口三角繞組供發(fā)電機A套保護、機組故障錄波裝置使用；PT2的繞組Ⅰ供勵磁Ⅰ路使用，繞組Ⅱ及開口三角繞組供發(fā)電機B套保護使用；PT3的繞組Ⅰ供勵磁Ⅱ路使用，繞組Ⅱ供機組測量、同期、調(diào)速器使用，繞組Ⅲ供機組PMU使用。7號機組發(fā)電機出口PT接線示意圖見圖1。

圖1 7號機組發(fā)電機出口PT接線示意圖

按照設計規(guī)范，發(fā)電機出口PT柜柜面設置有“互感器投入/退出”切換把手。當“互感器投入/退入”切換把手在“退出”位時，相應繼電器線圈得電，使串聯(lián)在PT二次電壓回路中的常閉接點斷開，進而切斷PT二次電壓回路（只有PT1的繞組Ⅰ未串入常閉接點）。

3 事件經(jīng)過

某日，大藤峽水力發(fā)電廠220 kV系統(tǒng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ母合環(huán)運行，7號主變在運行態(tài)，7號機組在發(fā)電態(tài)。7號機組運行水頭為18.33 m，帶有功負荷為130 MW，無功負荷為33 MW，一次調(diào)頻功能投入。7號機組勵磁電流為1 530 A，勵磁電壓為238 V，勵磁調(diào)節(jié)器為A通道自動方式運行。7號機組發(fā)電機A、B套保護裝置正常投入。

17：24：06.771，監(jiān)控系統(tǒng)上位機簡報窗口報“7號機組：勵磁系統(tǒng)PT故障動作”，同一時間報“7號機組：勵磁系統(tǒng)自動方式復歸”、“7號機組：勵磁系統(tǒng)手動方式動作”、“7號機組：一次調(diào)頻動作”，此時監(jiān)控系統(tǒng)上位機7號機組單元監(jiān)視畫面中出口電壓、有功功率、無功功率、機組出口頻率顯示為0，交采表畫面中機組出口相電壓、線電壓、頻率顯示為0。

17：24：06.772，監(jiān)控系統(tǒng)上位機簡報窗口報“7號機組：故障錄波裝置錄波啟動動作”，同一時間報“7號機組：出口PT柜電壓互感器二次側投入復歸”、“7號機組:勵磁系統(tǒng)滿足開機條件復歸”。

17：24：06.867監(jiān)控系統(tǒng)上位機簡報窗口報“7號機組：調(diào)速器A套一般故障動作”，同一時間報“7號機組：調(diào)速器B套一般故障動作”、“導葉全開動作”。

17：24：16.711監(jiān)控系統(tǒng)上位機簡報窗口報“7號機組：發(fā)電機A套保護裝置裝置報警動作”，同一時間報“7號機組：發(fā)電機A套保護裝置裝置PT斷線動作”、“7號機組：發(fā)電機B套保護裝置裝置報警動作”、“7號機組：發(fā)電機B套保護裝置裝置PT斷線動作”；7號機組PT斷線期間，監(jiān)控系統(tǒng)上位機簡報窗口一次調(diào)頻動作/復歸信號刷屏。

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)7號機組發(fā)電機出口PT柜柜面“互感器投入/退出”切換把手在“退出”位，將發(fā)電機出口PT柜柜面“互感器投入/退出”切換把手從“退出”位切換至“投入”位后，相關動作信號復歸，7號機組運行無異常。

4 動作信號分析

4.1 計算機監(jiān)控系統(tǒng)動作信號分析

（1）監(jiān)控系統(tǒng)報“7號機組：發(fā)電態(tài)復歸”、“7號機組：不定態(tài)動作”

7號機組發(fā)電態(tài)的判斷條件為907開關在合位、轉速＞95%ne、機端電壓＞80%Ue和導葉開度空載以上4個條件“與邏輯”的集合。此時由于7號機組發(fā)電機出口PT控制方式為退出，故7號機組出口三相電壓均為0，不滿足機端電壓＞80%Ue，故7號機組由發(fā)電態(tài)轉變?yōu)椴欢☉B(tài)。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)報“7號機組不可調(diào)動作，有功調(diào)節(jié)退出動作”、“7號機組不可調(diào)動作，無功調(diào)節(jié)退出動作”、“7號機組：有功可調(diào)復歸”、“7號機組：無功可調(diào)復歸”

PID調(diào)節(jié)在程序中的判斷條件為當機組在發(fā)電態(tài)、調(diào)速器在自動方式時，機組有功可調(diào)；機組在發(fā)電態(tài)或調(diào)相態(tài)、勵磁系統(tǒng)在自動方式時，機組無功可調(diào)。由于此時7號機組在不定態(tài)，因此，有功和無功均不可調(diào)節(jié)。當有功不可調(diào)時，有功調(diào)節(jié)便會退出，無功調(diào)節(jié)退出同理。

（3）監(jiān)控系統(tǒng)報“7號機組：7號機組LCU A4柜變送器頻率品質壞”

由于廠內(nèi)變送器頻率取自發(fā)電機出口PT3的繞組Ⅱ，而發(fā)電機出口PT控制方式為退出，因此報品質壞為正?，F(xiàn)象。

4.2 調(diào)速器系統(tǒng)動作信號分析

（1）監(jiān)控系統(tǒng)報“7號機組：一次調(diào)頻動作”、“導葉全開動作”

調(diào)速器系統(tǒng)殘壓測頻采集的電壓量取自發(fā)電機出口PT3的繞組Ⅱ，當7號機組發(fā)電機出口PT控制方式為退出時，調(diào)速系統(tǒng)的機頻消失，但是調(diào)速系統(tǒng)的4路信號轉換器、測頻模塊及程序計算方法有延遲，導致程序計算出來的機頻遠低于50 Hz，又因一次調(diào)頻功能投入，當機頻不在50±0.05 Hz范圍內(nèi)時，一次調(diào)頻動作，使導葉開度在幾秒時間內(nèi)迅速增加到98%開度左右（接力器導葉全開行程開關動作），槳葉開度跟隨當時水頭下的協(xié)聯(lián)曲線增加到98%左右。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)報“7號機組：調(diào)速器A套一般故障動作”、“7號機組：調(diào)速器B套一般故障動作”，一次調(diào)頻動作/復歸信號刷屏

當7號機組發(fā)電機出口PT斷線，調(diào)速系統(tǒng)測頻程序在1 min內(nèi)未測得機組頻率脈沖時，電調(diào)柜狀態(tài)報警窗A/B套報機頻故障，機頻故障后切換齒盤測速為主用，同時上報給監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)速器A/B套一般故障，因齒盤間隙不均勻，調(diào)速系統(tǒng)齒盤測速是以每個齒盤的上升沿或下降沿來計算機組頻率，導致測得的機組頻率跳變很大，監(jiān)控系統(tǒng)上位機一次調(diào)頻動作/復歸信號刷屏，導葉開度調(diào)整頻繁。因槳葉開度死區(qū)為2%的開度，所以槳葉開度調(diào)整不頻繁。

（3）調(diào)速器系統(tǒng)輔助油泵啟動運行時間較長

7號機組發(fā)電機出口PT斷線期間，因導葉頻繁動作，所以調(diào)速器系統(tǒng)油壓消耗較快。輔助油泵功率小，打壓時間較長，打壓時間為12 min 30 s左右。

4.3 勵磁系統(tǒng)動作信號分析

7號機組勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器A通道采集的機端電壓取自出口PT2的繞組Ⅰ，B、C通道采集的機端電壓取自發(fā)電機出口PT3的繞組Ⅰ。當7號機組發(fā)電機出口PT斷線，7號機組勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器A、B、C 3個通道的機端電壓采集回路斷開，無法對機端電壓進行采集。

（1）監(jiān)控系統(tǒng)報“7號機組：勵磁系統(tǒng)PT故障動作”、“7號機組:勵磁系統(tǒng)自動方式復歸”、“7號機組：勵磁系統(tǒng)手動方式動作”

勵磁系統(tǒng)PT故障有兩種情況：

1）三相機端電流平衡時，三相機端電壓不平衡；

2）當勵磁電流＞20%Ie時，機端電壓＜5%Ue。

當7號機組發(fā)電機出口PT控制方式為退出時，7號機組勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的A、B、C 3個通道采集的機端電壓為0 V，而機端電流正常采集，此情況符合條件2，故報PT故障信號，且通道狀態(tài)級別變?yōu)?，自動將工作方式切換至手動方式[3]。勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器通道狀態(tài)級別見表1。

表1 勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器通道狀態(tài)級別

（2）監(jiān)控系統(tǒng)報“7號機組:勵磁系統(tǒng)滿足開機條件復歸”

勵磁系統(tǒng)滿足開機條件的判斷條件為：

1）控制方式在遠方位；

2）勵磁系統(tǒng)無故障信號。

因為7號機組勵磁系統(tǒng)報A、B、C套“PT故障”信號，不滿足開機條件，故勵磁系統(tǒng)“滿足開機條件復歸”信號動作。

4.4 繼電保護系統(tǒng)動作信號分析

7號機組故障錄波裝置采集的機端電壓取自發(fā)電機出口PT1的繞組Ⅱ及開口三角繞組，發(fā)電機A套保護裝置采集的機端電壓取自發(fā)電機出口PT1的繞組Ⅱ及開口三角繞組，發(fā)電機B套保護裝置采集的機端電壓取自發(fā)電機出口PT2的繞組Ⅱ及開口三角繞組。

（1）監(jiān)控系統(tǒng)報“7號機組：故障錄波裝置錄波啟動動作”

7號機組故障錄波裝置的發(fā)電機機端電壓相電壓突變定值為10 V、發(fā)電機機端電壓相電壓下限定值為40 V、發(fā)電機機端電壓正序突變定值為10 V，當7號機組發(fā)電機出口PT斷線（相電壓從57.75 V突變?yōu)? V），滿足上述啟動故障錄波的定值。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)報“7號機組：發(fā)電機A套保護裝置裝置報警動作”、“7號機組：發(fā)電機A套保護裝置裝置PT斷線動作”、“7號機組：發(fā)電機B套保護裝置裝置報警動作”、“7號機組：發(fā)電機B套保護裝置裝置PT斷線動作”。

發(fā)電機保護裝置報PT斷線信號的條件為：

1）正序電壓小于18 V，且任一相電流大于0.04In；

2）負序電壓3U2大于8 V。

當機端PT滿足以上任一條件，延時10 s發(fā)相應PT斷線報警信號，裝置面板上PT斷線紅燈點亮。異常消失，延時10 s后信號自動返回，裝置面板上PT斷線紅燈熄滅。

當7號機組發(fā)電機出口PT斷線，滿足發(fā)電機保護裝置報PT斷線信號的條件1，故發(fā)電機A、B套保護裝置延時10 s報PT斷線信號。

5 結論

綜上所述，當7號機組發(fā)電機出口PT斷線時，機組計算機監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)速器系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、繼電保護系統(tǒng)信號動作正確。通過分析信號動作的原因，為水力發(fā)電廠運行維護人員根據(jù)具體的動作信號快速判斷故障原因提供了參考，最大程度地保證機組安全穩(wěn)定運行。