一起發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置注入低頻電源異常報(bào)警事件原因分析和處理

摘 要：基于一起發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置注入低頻電源異常報(bào)警事件展開(kāi)闡述，目的在于分析報(bào)警原因并提出處理方案。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查、數(shù)據(jù)分析與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方式來(lái)進(jìn)行研究，結(jié)果表明，報(bào)警由注入電源裝置內(nèi)部故障引起，具體為帶通濾波回路電感灼燒短路，導(dǎo)致輸出電流降低；同時(shí)，注入式接地保護(hù)測(cè)量電阻一次值存在偏差，與定值設(shè)置不合理有關(guān)。最后得出結(jié)論，提出加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)視、補(bǔ)充現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)及專業(yè)人員數(shù)據(jù)分析對(duì)比的建議，以確保發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：注入低頻電源；測(cè)量電阻；動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)

中圖分類號(hào)：TM312" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " 文章編號(hào)：1671-0797（2025）07-0071-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.07.018

0" " 引言

某電廠共裝6臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組容量為700 MW，發(fā)電機(jī)出口電壓為18 kV，額定電流為24 948 A，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)采用經(jīng)接地變接地方式，發(fā)電機(jī)出口配置出口斷路器。發(fā)電機(jī)設(shè)備配置兩套南瑞繼保RCS-985GW型發(fā)電機(jī)保護(hù)，其中定子接地保護(hù)按照雙套冗余配置，A套為注入式低頻電源定子接地保護(hù)，B套為基波+三次諧波定子接地保護(hù)，保護(hù)范圍為發(fā)電機(jī)100%定子繞組，主要反映發(fā)電機(jī)定子單相接地故障。其中注入式低頻電源裝置采用南瑞繼保RCS-985U電源裝置，輸出20 Hz、26 V方波電壓，通過(guò)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地變繞組回路注入發(fā)電機(jī)定子繞組，構(gòu)成注入式定子接地保護(hù)，正常運(yùn)行時(shí)用于檢測(cè)發(fā)電機(jī)定子接地繞組接地絕緣情況，發(fā)電機(jī)定子單相接地故障時(shí)用于快速動(dòng)作切除故障。

1" " 報(bào)警現(xiàn)象

2021年4月24日08：36：10至11：56：08，2號(hào)機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中頻報(bào)“2號(hào)發(fā)電機(jī)保護(hù)A套裝置故障（復(fù)歸）”，現(xiàn)地檢查發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置報(bào)文為“注入低頻電源異?！眻?bào)警，后該報(bào)警信號(hào)自動(dòng)復(fù)歸，各參數(shù)恢復(fù)至正常。報(bào)警時(shí)保護(hù)裝置顯示低頻電壓0.082 V，低頻電流1.16 mA，正常運(yùn)行機(jī)組低頻電壓、電流應(yīng)約為0.44 V、5.00 mA。

同時(shí)，“注入低頻電源異?！眻?bào)警信號(hào)自動(dòng)復(fù)歸后，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)機(jī)組發(fā)電態(tài)時(shí)注入低頻回路測(cè)量電阻一次值約為9 kΩ，與其他同類機(jī)組測(cè)量值（約24 kΩ）相比差值較大，停機(jī)狀態(tài)下測(cè)量電阻一次值恢復(fù)至24 kΩ左右。

2" " 報(bào)警邏輯及原因分析

2.1" " 注入低頻電源異常報(bào)警邏輯及原因分析

注入低頻電源異常報(bào)警邏輯為：當(dāng)ULF0（UG0經(jīng)數(shù)字濾波后的20 Hz低頻電壓）和ILF0（IG0經(jīng)數(shù)字濾波后的20 Hz低頻電流）中的任一個(gè)低于各自的定值時(shí)，認(rèn)為定子接地保護(hù)外加電源回路故障，閉鎖保護(hù)出口并發(fā)出注入低頻電源異常報(bào)警信號(hào)。

外加電源回路故障報(bào)警判據(jù)如下：

ULF0＜ULF0set或ILF0＜ILF0set

式中：ULF0set、ILF0set整定值分別為0.07 V、2.28 mA。

當(dāng)ULF0和ILF0中的任一個(gè)低于報(bào)警定值時(shí)，報(bào)外加電源回路故障。

4月24日?qǐng)?bào)警時(shí)注入低頻電流值為1.16 mA，小于報(bào)警定值，符合裝置報(bào)警邏輯。注入式電源回路（圖1）主要由裝置方波電源、帶通濾波器、分壓電阻以及接地變二次側(cè)電阻組成，根據(jù)注入低頻電流計(jì)算公式I=｛E/[-jRnXc/（Rn-jXc）+Ri]｝·Rn/（Rn-jXc）（I為20 Hz電流，E為外加頻率20 Hz電壓，Ri為20 Hz電源內(nèi)阻，Rn為接地變副邊電阻，Xc為發(fā)電機(jī)三相對(duì)地容抗），定性分析報(bào)警可能原因如下：

1）接地變側(cè)繞組阻值Rn變化影響。當(dāng)接地變二次側(cè)電阻數(shù)值增大或減小只影響注入低頻電流大小，裝置報(bào)警時(shí)20 Hz電壓、電流均減小，根據(jù)故障現(xiàn)象可以排除為外部回路所致。

2）接地變回路分壓電阻變化影響。當(dāng)裝置內(nèi)部分壓電阻回路阻值增大或減小只影響低頻電壓采集數(shù)值大小。

3）方波電源E、帶通濾波器回路Ri發(fā)生變化會(huì)導(dǎo)致裝置輸出低頻電壓回路（B14、A2輸出接點(diǎn)）方波電源電壓數(shù)值異常，進(jìn)而同時(shí)影響低頻電壓、電流采樣。

綜合判斷，報(bào)警時(shí)注入電源裝置內(nèi)部故障概率較大[1]。

2.2" " 發(fā)電態(tài)下測(cè)量電阻一次值跳閘邏輯及數(shù)據(jù)偏低分析

注入低頻電源異常報(bào)警時(shí)同時(shí)發(fā)現(xiàn)測(cè)量電阻一次值偏低，針對(duì)該情況進(jìn)行分析，定子接地電阻跳閘邏輯為：接地電阻（測(cè)量電阻一次值）判據(jù)反映發(fā)電機(jī)定子繞組接地電阻的大小，設(shè)有兩段接地電阻定值，高定值段作用于報(bào)警，低定值段作用于延時(shí)跳閘，延時(shí)可分別整定。報(bào)警判據(jù)為：RE＜REsetL和RE＜REsetH（RE為發(fā)電機(jī)定子繞組接地電阻，REsetH和REsetL分別為發(fā)電機(jī)定子繞組接地電阻的高、低定值）。接地電阻低定值段經(jīng)安全接地電流閉鎖，即只有當(dāng)接地故障電流超過(guò)安全電流時(shí)，才允許接地電阻跳閘判據(jù)動(dòng)作。其判據(jù)為：IG0＞ISAFEamp;RE＜REsetL。

2號(hào)發(fā)電機(jī)保護(hù)外加電源定子接地保護(hù)定值中，測(cè)量電阻報(bào)警定值3.2 kΩ（延時(shí)1 s），測(cè)量電阻跳閘定值1.6 kΩ（延時(shí)0.5 s），安全接地電流定值0.01 A，同時(shí)滿足測(cè)量電阻小于1.6 kΩ、接地電流大于0.01 A、測(cè)量電阻跳閘投入及硬壓板投入，定子接地保護(hù)才動(dòng)作。

目前發(fā)電態(tài)下注入式接地保護(hù)顯示測(cè)量一次側(cè)電阻約為9 kΩ，原因分析如下。

2.2.1" " 發(fā)電機(jī)問(wèn)題排查

1）查看并對(duì)比報(bào)警時(shí)間段內(nèi)發(fā)電機(jī)保護(hù)A/B套、錄波器、保信子站等發(fā)電機(jī)電氣量參數(shù)數(shù)據(jù)，發(fā)電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出口三相電壓、電流、零序電壓和電流數(shù)據(jù)均未發(fā)現(xiàn)異常，三相電壓相位、幅值正常，無(wú)突變，三相電流幅值均衡、相位正確，零序電壓、電流數(shù)據(jù)均在正常不平衡范圍內(nèi)，無(wú)突變。

2）查看2號(hào)發(fā)電機(jī)局放數(shù)據(jù)：2號(hào)機(jī)大修后，2020年7月17日至2021年5月3日曲線整體趨勢(shì)比較平穩(wěn)，個(gè)別數(shù)據(jù)突變判斷為機(jī)組振動(dòng)、溫度等因素引起，屬于正?，F(xiàn)象，其他未發(fā)現(xiàn)異常情況。

3）利用停機(jī)對(duì)發(fā)電機(jī)定子線棒、接地變、出口設(shè)備等一次設(shè)備進(jìn)行專項(xiàng)外觀檢查，均未發(fā)現(xiàn)異常。

綜合以上檢查分析，初步判斷發(fā)電機(jī)無(wú)明顯故障特征，本體存在接地可能性較小。

2.2.2" " 注入式接地保護(hù)裝置問(wèn)題排查

對(duì)注入式接地保護(hù)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對(duì)比，發(fā)現(xiàn)發(fā)電態(tài)下補(bǔ)償后相角最大為279.1°（表1），與正常補(bǔ)償相角272°～273°偏差較大。試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在274°補(bǔ)償角度下，模擬10.98 kΩ電阻接地，實(shí)測(cè)電阻平均值為9.297 kΩ，偏差-15.3%，當(dāng)補(bǔ)償角為279.1°時(shí)，測(cè)量模型誤差會(huì)顯著增大。因此可判斷當(dāng)前補(bǔ)償角度定值下會(huì)引起較大電阻測(cè)量偏差。

查詢2020年2號(hào)發(fā)電機(jī)定子線棒更換檢修前后及投運(yùn)至今歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，檢修前數(shù)據(jù)正常，根據(jù)Re=RE/k（Re為測(cè)量電阻二次值，RE為發(fā)電機(jī)定子繞組接地電阻，k為電阻折算系數(shù)）理論計(jì)算值測(cè)量定子一次值約為19 kΩ。檢修后測(cè)量一次電阻值換算后在7～10 kΩ，調(diào)取相關(guān)試驗(yàn)單位對(duì)注入式定子接地保護(hù)參數(shù)測(cè)試試驗(yàn)報(bào)告發(fā)現(xiàn)，參數(shù)測(cè)試僅開(kāi)展靜態(tài)情況下補(bǔ)償角度測(cè)試，定值設(shè)置為345°，補(bǔ)償后角度為272.7°～273.0°，未根據(jù)南瑞繼?！禦CS-985U發(fā)電機(jī)入式定子接地保護(hù)技術(shù)和使用說(shuō)明書(shū)》第7.5條要求開(kāi)展動(dòng)態(tài)情況下補(bǔ)償角度校核，動(dòng)態(tài)情況下補(bǔ)償角度定值345°是否合適無(wú)試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐[2]。

2.2.3" " 注入式接地保護(hù)低頻電源異常和測(cè)量電阻偏低關(guān)聯(lián)性分析

注入低頻電源異常報(bào)警主要是反映注入電源裝置內(nèi)部異常，當(dāng)報(bào)警時(shí)會(huì)直接影響注入式各參數(shù)測(cè)量精度，注入低頻電源告警時(shí)間段測(cè)量發(fā)電機(jī)定子線圈一次側(cè)電阻值約為9 kΩ，無(wú)法排除受報(bào)警時(shí)測(cè)量誤差影響。當(dāng)報(bào)警自動(dòng)恢復(fù)后，測(cè)量電阻一次側(cè)仍為9 kΩ，可初步判斷注入低頻電源異常信號(hào)對(duì)測(cè)量電阻值無(wú)明顯影響，但不排除裝置內(nèi)部仍存在異常因素影響定子測(cè)量一次電阻值。因此，二者報(bào)警關(guān)聯(lián)性無(wú)法排除。

3" " 處理及后續(xù)建議

1）根據(jù)對(duì)注入式低頻電源定子接地回路分析的初步結(jié)論對(duì)注入電源裝置進(jìn)行隔離檢查，檢測(cè)注入定子低頻電源裝置方波空載電壓、短路電流，發(fā)現(xiàn)方波輸出電壓為20 Hz、26.176 V，短路電流由初始值2.67 A降低為0.3 A并保持，與正常電流值3 A偏差較大，證明裝置內(nèi)部短路電流輸出能力不夠，判斷裝置內(nèi)部存在故障。進(jìn)一步解體檢查發(fā)現(xiàn)裝置內(nèi)部帶通濾波回路電感有灼燒短路點(diǎn)，測(cè)量電感值為109.18 mH，已偏離設(shè)計(jì)正常值600 mH。判斷裝置內(nèi)部電感故障引起注入低頻電源異常報(bào)警，更換合格的裝置備品后檢查注入定子接地回路測(cè)量電阻一次值約為9 kΩ，其余參數(shù)均正常，可排除注入低頻電源裝置異常引起測(cè)量較實(shí)際值偏大。

2）目前，發(fā)電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行下注入式定子接地保護(hù)測(cè)量電阻一次值約為9 kΩ，無(wú)持續(xù)變小趨勢(shì)，且定子接地保護(hù)跳閘邏輯需要接地電流輔助判據(jù)，運(yùn)行過(guò)程中發(fā)電機(jī)誤跳閘的概率偏小。但考慮測(cè)量偏差，如果發(fā)電機(jī)發(fā)生高阻接地，存在實(shí)際未達(dá)到接地定值情況下測(cè)量偏差引起誤動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)[3]。

因注入式定子接地保護(hù)定值需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)進(jìn)行實(shí)測(cè)，停機(jī)狀態(tài)下不具備校核條件，因此后續(xù)建議如下：

1）加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)視：利用保信子站監(jiān)視注入式定子接地保護(hù)測(cè)量一次側(cè)阻值、注入低頻電壓、注入低頻電流數(shù)據(jù)，觀察測(cè)量阻值降低趨勢(shì)，如有降低及時(shí)通知技術(shù)人員檢查分析。

2）結(jié)合機(jī)組檢修補(bǔ)充開(kāi)展注入式定子接地保護(hù)參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試試驗(yàn)，重點(diǎn)開(kāi)展動(dòng)態(tài)試驗(yàn)校核補(bǔ)償角。

3）為及時(shí)發(fā)現(xiàn)定子接地電阻降低的異常情況，建議專業(yè)人員加強(qiáng)檢修前后保護(hù)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)對(duì)比分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常的運(yùn)行數(shù)據(jù)并處理。

4" " 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)發(fā)電機(jī)注入式低頻電源定子接地保護(hù)報(bào)警和測(cè)量偏差等情況，技術(shù)人員需加強(qiáng)專業(yè)巡檢對(duì)運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集整理，開(kāi)展針對(duì)性分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題時(shí)從最可能的因素入手排查并縮小故障范圍，通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)確定故障設(shè)備，為設(shè)備運(yùn)行提供合理的技術(shù)建議。同時(shí)，發(fā)電廠應(yīng)重視注入式定子接地保護(hù)的動(dòng)態(tài)參數(shù)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步校核整定值的合理性、適應(yīng)性，在試驗(yàn)調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患，為發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行提供技術(shù)保障。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 高春如.大型發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)整定計(jì)算與運(yùn)行技術(shù)[M].2版.北京：中國(guó)電力出版社，2010.

[2] 南瑞繼保.RCS-985U發(fā)電機(jī)入式定子接地保護(hù)技術(shù)和使用說(shuō)明書(shū)[Z]，2011.

[3] 王維儉，王祥珩，王贊基.大型發(fā)電機(jī)變壓器內(nèi)部故障分析與繼電保護(hù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006.

收稿日期：2024-12-19

作者簡(jiǎn)介：孫旭良（1996—），男，河南濮陽(yáng)人，助理工程師，從事新能源電力運(yùn)維管理工作。