作者/譚偉盛，廣東粵電云河發(fā)電有限公司

發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動(dòng)作原因分析

作者/譚偉盛，廣東粵電云河發(fā)電有限公司

針對(duì)某電廠#2發(fā)電機(jī)機(jī)組啟動(dòng)過(guò)程中“95%定子接地”保護(hù)動(dòng)作的情況，對(duì)其動(dòng)作原因進(jìn)行了分析及查找，最終發(fā)現(xiàn)是由于中性點(diǎn)電壓互感器YH刀閘操作不到位，造成輔助接點(diǎn)接觸不良,引起其電壓漂移導(dǎo)致的。對(duì)中性點(diǎn)電壓互感器YH刀閘進(jìn)行重新分合，并檢查確認(rèn)其輔助接點(diǎn)接觸良好后，電壓漂移消失，最后機(jī)組成功并網(wǎng)。

定子接地保護(hù)；零序電壓；中性點(diǎn)YH；輔助接點(diǎn)

引言

發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動(dòng)作的原因有很多，有可能是發(fā)電機(jī)“真接地”引起，即發(fā)電機(jī)定子繞組的絕緣損壞了，主變低壓側(cè)繞組或者高廠變高壓側(cè)繞組內(nèi)部發(fā)生單相接地，或者水冷發(fā)電機(jī)組內(nèi)部有漏水、定子繞組回路的絕緣瓷瓶臟污或者受潮、小動(dòng)物導(dǎo)致的相關(guān)回路接地短路等；也有可能是“假接地”引起，即發(fā)電機(jī)帶開(kāi)口三角繞組的機(jī)端電壓互感器高壓側(cè)保險(xiǎn)熔斷等。

而本文提到的發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動(dòng)作是由于“假接地”引起的。

1. 定子接地保護(hù)原理

某電廠#2發(fā)電機(jī)機(jī)保護(hù)裝置采用的是北京四方繼保自動(dòng)化有限公司的CSG—300A數(shù)字式發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)裝置。其發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)是由三次諧波電壓式和基波零序電壓式接地保護(hù)共同構(gòu)成的100%定子接地保護(hù)。

基波零序電壓保護(hù)（95%定子接地）反應(yīng)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓互感器開(kāi)口三角的零序電壓或發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的零序電壓。而本保護(hù)采用的“開(kāi)放量”是中性點(diǎn)側(cè)的零序電壓。因?yàn)槿绻捎脵C(jī)端PT的零序電壓作為保護(hù)判據(jù)，當(dāng)機(jī)端電壓互感器的一次回路斷線時(shí)，有可能造成保護(hù)誤動(dòng)。為了提高保護(hù)靈敏度，并消除三次諧波的影響，保護(hù)軟件采用了“零點(diǎn)濾波+全周波富氏”算法，并設(shè)有主變高壓側(cè)零序電壓閉鎖元件，以防止高壓側(cè)接地時(shí)保護(hù)誤動(dòng)作。

由于該電廠的發(fā)電機(jī)保護(hù)“95%定子接地”保護(hù)判據(jù)取中性點(diǎn)YH零序電壓，其動(dòng)作方程為：

式中，n0U為中性點(diǎn)側(cè)零序電壓，1SU為基波零序電壓保護(hù)定值。

三次諧波電壓式保護(hù)反應(yīng)發(fā)電機(jī)機(jī)端和中性點(diǎn)的三次諧波電壓比值，軟件具有自調(diào)整式三次諧波電壓、三次諧波比突變量和三次諧波比3種方式，可以通過(guò)控制字進(jìn)行選擇。

（1）自調(diào)整式三次諧波電壓保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)：

式中，pK是發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)根據(jù)實(shí)測(cè)值計(jì)算得到的復(fù)數(shù)，使方程的左側(cè)量約等于零（即修正后的機(jī)端電壓約等于中性點(diǎn)三次諧波電壓），這樣就可以在發(fā)生接地故障時(shí)獲得最大的相對(duì)突變量。setU是制動(dòng)量，其取值則只取決于計(jì)算誤差，可取很小，有利于識(shí)別故障。

（2）三次諧波電壓比突變量保護(hù)。該保護(hù)由控制字選擇投退，動(dòng)作后作用于發(fā)信號(hào)，采用短時(shí)開(kāi)放突變量元件的原則。保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為：

式中，cct取3個(gè)工頻周期（在該時(shí)間內(nèi)三次諧波電壓及其比值變化很?。?。而發(fā)電機(jī)功率變化速度主要由機(jī)械慣性決定，所以發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，在cct計(jì)算時(shí)間間隔內(nèi)，機(jī)端和中性點(diǎn)三次諧波電壓比值變化很小，方程左側(cè)的動(dòng)作量近似等于零。1β為制動(dòng)系數(shù)，只取決于計(jì)算誤差，其整定可以不受大電機(jī)結(jié)構(gòu)和工況的影響，可以取很小。發(fā)生故障時(shí)，三次諧波電壓分布發(fā)生突變，很容易滿足動(dòng)作判據(jù)。

（3）三次諧波電壓比保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)：

相量比突變保護(hù)采用短時(shí)開(kāi)放原則，連續(xù)計(jì)算三次滿足判據(jù)才能出口，否則退出突變量式保護(hù)，改由穩(wěn)態(tài)相量比保護(hù)進(jìn)行故障判斷。為有效消除基波的影響，三次諧波的計(jì)算也采用了“零點(diǎn)濾波+全周波富氏”算法。

2. 動(dòng)作情況簡(jiǎn)介

2015年05月16日09:50，某電廠接中調(diào)令#2發(fā)電機(jī)可以進(jìn)行并網(wǎng)操作，運(yùn)行人員持操作票操作，當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓升至額定時(shí)，集控室“定子接地保護(hù)動(dòng)作”光字牌亮。檢查#2發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置發(fā)現(xiàn)A、B柜“95%定子接地”保護(hù)動(dòng)作。暫停操作，10:02發(fā)電機(jī)滅磁開(kāi)關(guān)FMK、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器AK、BK開(kāi)關(guān)跳閘，交由檢修人員檢查系統(tǒng)。

3. 檢查與分析

#2發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作后，該電廠馬上安排電氣檢修人員和運(yùn)行當(dāng)班人員進(jìn)行故障排查。首先詳細(xì)檢查了發(fā)電機(jī)的本體，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異常。接著對(duì)發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)、機(jī)端及中性點(diǎn)電壓互感器、主變、高廠變和勵(lì)磁變等一次設(shè)備的外部進(jìn)行檢查，無(wú)異常；用紅外成像測(cè)溫儀測(cè)量發(fā)電機(jī)定子線圈的溫度以及線圈的水溫也未發(fā)現(xiàn)異常；測(cè)量發(fā)電機(jī)出口1PT、2PT、3PT各相絕緣、發(fā)電機(jī)定子繞組對(duì)地絕緣正常。

#2發(fā)電機(jī)保護(hù)“95%定子接地”保護(hù)判據(jù)取中性點(diǎn)YH零序電壓，查看機(jī)組故障錄波器保護(hù)動(dòng)作時(shí)的錄波波形（見(jiàn)圖1），保護(hù)動(dòng)作時(shí)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)YH的零序電壓為10.087V，大于定子接地保護(hù)定值（發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)定值：6V，4.0s），經(jīng)4s延時(shí)后滿足保護(hù)動(dòng)作條件,因此，保護(hù)動(dòng)作行為正確。進(jìn)一步分析波形，發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)機(jī)端3YH開(kāi)口三角3U0電壓接近0V，可以判斷不是一次定子接地。因此，轉(zhuǎn)到就地檢查中性點(diǎn)YH刀閘情況，發(fā)現(xiàn)中性點(diǎn)電壓互感器YH刀閘操作不到位，且用萬(wàn)用表測(cè)量發(fā)現(xiàn)，該刀閘輔助接點(diǎn)接觸電阻較大。由此分析，是YH刀閘操作不到位，導(dǎo)致輔助接點(diǎn)接觸不良而引起中性點(diǎn)零序電壓漂移至6V以上。運(yùn)行人員對(duì)中性點(diǎn)YH刀閘重新分合，并檢查確認(rèn)其輔助接點(diǎn)接觸良好后，對(duì)#2發(fā)電機(jī)重新零起升壓，在故障錄波裝置查看YH電壓正常，機(jī)端3YH開(kāi)口三角3U0電壓為0V，其余各項(xiàng)參數(shù)正常，最后成功重新并網(wǎng)。

4. 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)#2發(fā)電機(jī)的一次設(shè)備檢查，查看分析接地保護(hù)動(dòng)作時(shí)的故障錄波器波形，找出了了中性點(diǎn)YH刀閘操作不到位引起其輔助接點(diǎn)接觸不良，是導(dǎo)致這次#2發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動(dòng)作的原因。

圖1 #2發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動(dòng)作時(shí)故障錄波器波形

此次事件證明，要提高發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)的動(dòng)作可靠性，交流輸入回路不應(yīng)該裝設(shè)保險(xiǎn)，也不應(yīng)串接YH刀閘的輔助接點(diǎn)。因?yàn)槿绻ｋU(xiǎn)熔斷或者刀閘輔助接點(diǎn)接觸不良而使機(jī)端或中性點(diǎn)零序電壓測(cè)量不準(zhǔn)，有可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)拒動(dòng)或誤動(dòng)。為此，應(yīng)要求機(jī)端YH三次輸出回路及中性點(diǎn)YH二次輸出回路不允許裝設(shè)保險(xiǎn)，也不允許串接隔離刀閘的輔助接點(diǎn)或其他接點(diǎn)。另外，在中性點(diǎn)YH的一次回路中，也不應(yīng)裝設(shè)保險(xiǎn)。

＊ [1]楊軍霞.發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動(dòng)作原因分析及處理[J].現(xiàn)代制造，2012（33）：30—31.

＊ [2]北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司.CSG—300數(shù)字式發(fā)電機(jī)變壓器組保護(hù)裝置技術(shù)說(shuō)明書(shū)[M].北京：北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司，2001.