鄢志超

（浙能嘉興發(fā)電有限公司，浙江平湖314201）

一例發(fā)電機(jī)過激磁保護(hù)動(dòng)作跳閘事故分析

鄢志超

（浙能嘉興發(fā)電有限公司，浙江平湖314201）

針對(duì)某600 MW機(jī)組在啟動(dòng)過程中的過激磁保護(hù)誤動(dòng)跳閘事故，根據(jù)保護(hù)裝置故障記錄和波形，分析縱向零序過壓元件、三次諧波定子接地保護(hù)、過激磁保護(hù)動(dòng)作情況，查找出故障原因。通過對(duì)保護(hù)的動(dòng)作行為分析，提出了幾點(diǎn)改進(jìn)建議。

發(fā)電機(jī)；零序過壓；三次諧波；過激磁保護(hù)；分析

由于發(fā)電機(jī)發(fā)生過激磁故障時(shí)并非每次都造成設(shè)備的明顯破壞，所以往往容易被忽視，但是發(fā)電機(jī)多次過激磁后將因過熱導(dǎo)致絕緣老化，降低使用壽命。過激磁危害的表現(xiàn)之一是鐵心飽和后諧波磁密增強(qiáng)，使附加損耗增大，引起局部過熱；表現(xiàn)之二就是使定子鐵心背部漏磁場增強(qiáng)，使定位筋和鐵心中的電流急劇增加，在定位筋附近的部位，電流密度很大引起局部過熱。電壓越高，時(shí)間越長，引起的過熱越嚴(yán)重，甚至?xí)斐删植繜齻?。如果定位筋和定子鐵心接觸不良，過電壓后在接觸面上可能要出現(xiàn)火花放電，這對(duì)于氫冷機(jī)組是十分不利的，因此發(fā)電機(jī)組都設(shè)有過激磁保護(hù)。

某發(fā)電廠1臺(tái)600 MW機(jī)組檢修結(jié)束，啟動(dòng)過程中建壓不久發(fā)生過激磁保護(hù)跳閘。該機(jī)組采用美國GE公司的G60發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置。查看G60保護(hù)裝置故障記錄：匝間保護(hù)用縱向零序過壓元件動(dòng)作，100%定子接地保護(hù)動(dòng)作發(fā)信，過激磁保護(hù)動(dòng)作發(fā)信并跳閘。根據(jù)保護(hù)動(dòng)作故障數(shù)據(jù)，分析相關(guān)保護(hù)動(dòng)作情況，并提出了幾點(diǎn)改進(jìn)建議。

1 保護(hù)動(dòng)作分析

1.1 TV二次電壓波形

動(dòng)作的3個(gè)保護(hù)均為電壓量保護(hù)，調(diào)取G60保護(hù)裝置采樣到的電壓量波形，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓向量如圖1所示。

圖1 發(fā)電機(jī)機(jī)端的電壓向量

圖1中（a）為機(jī)端TV二次電壓向量圖，（b）為機(jī)端匝間保護(hù)專用TV二次電壓向量圖。

由圖1可以看出，機(jī)端TV二次電壓三相幅值正常，相位差120°，為正常電壓波形；機(jī)端匝間保護(hù)專用TV二次電壓三相幅值相差很多，相位差也并非120°。

1.2 縱向零序過壓元件動(dòng)作分析

縱向零序過壓元件電壓源取自匝間保護(hù)專用TV，其中性點(diǎn)n與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)N直接相連且不接地。當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組匝間故障時(shí)，三相機(jī)端對(duì)中性點(diǎn)電壓不平衡，就一定出現(xiàn)縱向零序電壓3U0（而機(jī)端TV則不反應(yīng)縱向零序電壓），當(dāng)3U0大于整定值時(shí)，保護(hù)啟動(dòng)。

縱向零序過壓元件整定值為0.05pu（二次值為0.05×57.7＝2.885 V）,動(dòng)作延時(shí)為0.05 s。根據(jù)G60保護(hù)裝置采樣到的A，B，C相電壓，計(jì)算得到的3U0為47.54 V，大于縱向零序過壓元件整定值，因此縱向零序過壓元件動(dòng)作正確。

1.3 三次諧波定子接地保護(hù)動(dòng)作分析

發(fā)電機(jī)三次諧波定子接地保護(hù)動(dòng)作范圍為距發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)5%～15%左右的定子繞組接地故障。當(dāng)靠近發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)附近發(fā)生定子接地故障時(shí)，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)三次諧波電壓減小，機(jī)端三次諧波電壓增大。目前國內(nèi)外各種三次諧波定子接地保護(hù)裝置都是根據(jù)這兩個(gè)電壓的變化特征，構(gòu)成不同的動(dòng)作判據(jù)。

G60保護(hù)裝置的三次諧波定子接地保護(hù)由“100%STATOR GROUND”元件實(shí)現(xiàn)，其動(dòng)作判據(jù)由以下3個(gè)動(dòng)作方程構(gòu)成。

同時(shí)滿足式（1），（2），（3）后，“100%STATOR GROUND”組件動(dòng)作，即可判斷為發(fā)電機(jī)定子繞組中性點(diǎn)側(cè)發(fā)生接地。

1.4 過激磁保護(hù)動(dòng)作分析

過激磁保護(hù)用電壓源取自發(fā)電機(jī)機(jī)端匝間保護(hù)專用TV，TV的一次側(cè)中性點(diǎn)與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)相連。G60保護(hù)裝置過激磁保護(hù)取用的電壓為相

G60發(fā)電機(jī)過激磁保護(hù)由VOLT PER HERTZ 1和VOLT PER HERTZ 2兩個(gè)元件組成。VOLT PER HERTZ 1的啟動(dòng)值為1.05pu（二次值1.05× 57.7＝60.585 V），延時(shí)0.5 s告警。VOLT PER HERTZ 2的啟動(dòng)值為1.07pu（二次值1.07×57.7＝61.739 V），經(jīng)過反時(shí)限曲線INVERSE A延時(shí)動(dòng)作跳閘。發(fā)生故障時(shí)C相電壓為72.85 V，大于過激磁保護(hù)1段和2段的整定值。因此，達(dá)到過激磁1段的動(dòng)作延時(shí)，保護(hù)動(dòng)作發(fā)信。達(dá)到過激磁2段的延時(shí)后，保護(hù)動(dòng)作跳閘。從保護(hù)裝置采樣到的故障數(shù)據(jù)來看，過激磁保護(hù)動(dòng)作正確。

2 故障原因查找

2.1 發(fā)電機(jī)內(nèi)部故障

由圖1可以看出，機(jī)端TV三相電壓幅值基本相同，相位差為120°，為正常電壓波形。匝間保護(hù)專用TV三相電壓幅值相差很多，電壓相位也不平衡。如果發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生故障，機(jī)端TV電壓應(yīng)該也會(huì)有所反映，但從圖1來看，機(jī)端TV電壓卻是正常的，據(jù)此判斷發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生故障的可能性不大。

2.2 TV二次回路故障

縱向零序過壓元件、三次諧波定子接地保護(hù)、過激磁保護(hù)電壓源都取自匝間保護(hù)專用TV，相關(guān)回路出問題的可能性比較大。匝間保護(hù)專用TV二次繞組的3個(gè)線電壓值正常，因此可以判斷，最有可能出問題的地方就是TV中性點(diǎn)與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)連接回路上。

對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行檢查，TV外觀未見異常，中性點(diǎn)與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)相連接的一次電纜在電壓互感器柜內(nèi)接線良好。在對(duì)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地電阻箱進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)電壓互感器中性點(diǎn)一次電纜未與中性點(diǎn)電阻相連，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)一次電纜也未與中性點(diǎn)電阻相連，如圖2所示。經(jīng)過詢問相關(guān)人員得知，機(jī)組檢修后進(jìn)行發(fā)電機(jī)相關(guān)設(shè)備試驗(yàn)過程中，將這兩個(gè)電纜接頭拆除，工作結(jié)束后未接回。

圖2 斷開點(diǎn)示意圖

TV中性點(diǎn)一次電纜未與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電阻相連，導(dǎo)致TV中性點(diǎn)電壓偏移，造成A相二次電壓偏低，C相二次電壓偏高，產(chǎn)生自產(chǎn)零序電壓3U0。從而導(dǎo)致匝間保護(hù)用縱向零序過壓元件動(dòng)作和過激磁保護(hù)動(dòng)作。

3 改進(jìn)建議

根據(jù)對(duì)以上3個(gè)保護(hù)動(dòng)作的分析，提出了以下幾點(diǎn)建議：

（1）當(dāng)匝間保護(hù)用TV二次側(cè)一相或兩相斷線時(shí)，自產(chǎn)零序電壓3U0有壓，開口三角零序電壓3U0無壓。如果TV斷線閉鎖邏輯沒有動(dòng)作，自產(chǎn)零序電壓3U0將引起保護(hù)誤動(dòng)作，開口三角零序電壓3U0不會(huì)引起保護(hù)誤動(dòng)。為了減小誤動(dòng)的概率，提高保護(hù)動(dòng)作的可靠性，建議將縱向零序過壓元件電壓源由匝間保護(hù)專用TV的自產(chǎn)3U0改為開口三角繞組的3U0。

（2）當(dāng)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)三次諧波電壓回路斷線等原因造成G60保護(hù)裝置無法測量時(shí)，保護(hù)裝置應(yīng)該能夠發(fā)出告警信號(hào)，并閉鎖三次諧波定子接地保護(hù)動(dòng)作。但G60保護(hù)裝置無中性點(diǎn)側(cè)三次諧波電壓回路斷線報(bào)警功能，建議在保護(hù)內(nèi)部邏輯中自定義監(jiān)視中性點(diǎn)側(cè)三次諧波電壓回路斷線報(bào)警功能。

（3）G60發(fā)電機(jī)過激磁保護(hù)取用的電壓為相電壓，任一相滿足動(dòng)作條件即跳閘。匝間保護(hù)專用TV中性點(diǎn)與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)連接電纜發(fā)生接地故障或開路故障時(shí)，過激磁保護(hù)有可能誤動(dòng)作。當(dāng)發(fā)電機(jī)由于甩負(fù)荷、勵(lì)磁調(diào)節(jié)失控等原因發(fā)生過激磁時(shí)，發(fā)電機(jī)三相機(jī)端電壓的U*/f*會(huì)同時(shí)增加。建議對(duì)于過激磁保護(hù)邏輯進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化，例如當(dāng)有兩相過激磁動(dòng)作時(shí)，才啟動(dòng)過激磁保護(hù)動(dòng)作跳閘，以確保動(dòng)作的正確性。

[1]國家電力調(diào)度通信中心組．發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)應(yīng)用[M]．北京：中國電力出版社，2005．

（本文編輯：楊勇）

Analysis on Tripping Accident of Over-excitation Protection for Generator

YAN Zhi-chao
（Jiaxing Power Generation Co.，Ltd，Pinghu Zhejiang 314201，China）

To deal with the tripping accident of the over-excitation protection during the startup of a 600 MW unit，this paper analyzes the actions of the longitudinal zero-sequence overvoltage element，third harmonic stator grounding protection and over-excitation protection according to the fault record and waveform of the protection device to identify the fault causes.Some proposals on improvement are presented through the analysis on the protection actions.

generator；zero-sequence overvoltage；third harmonic；over-excitation protection；analysis

TM774

：B

：1007-1881（2012）03-0050-03

2011-08-01

鄢志超（1981-），男，遼寧北寧人，工程師，從事發(fā)電廠繼電保護(hù)檢修工作。