郭曉平，傅建華，許海標(biāo)，楊 倫

(南海發(fā)電一廠有限公司，廣東 佛山 528211)

0 引言

某電廠2號(hào)發(fā)電機(jī)組額定功率220 MW，機(jī)端額定電壓為15．75 kV，發(fā)變組保護(hù)采用南瑞繼保電氣公司的PCS-985B-H2微機(jī)型發(fā)變組保護(hù)裝置。定子接地保護(hù)A，B柜均采用基波零序過電壓判據(jù)，保護(hù)從機(jī)端開始至發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)85 %—95 %的定子繞組單相接地故障，采用三次諧波電壓比率和差動(dòng)判據(jù)，保護(hù)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)附近的定子繞組單相接地故障。A柜機(jī)端三次諧波電壓取自機(jī)端TV1開口三角零序電壓，B柜機(jī)端三次諧波電壓取自機(jī)端TV2開口三角零序電壓。A，B柜發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)三次諧波電壓均取自發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地變TV0，如圖1所示。

1 事件經(jīng)過

2016-11-28T08：44，2號(hào)機(jī)組DCS光字牌顯示：2號(hào)發(fā)電機(jī)定子接地報(bào)警；2號(hào)機(jī)發(fā)變組保護(hù)A套裝置報(bào)警；2號(hào)機(jī)發(fā)變組保護(hù)B套裝置報(bào)警。機(jī)組運(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)檢查2號(hào)發(fā)變組保護(hù)A柜“三次諧波電壓比率信號(hào)”、B柜“三次諧波電壓比率信號(hào)”報(bào)出情況。

故障發(fā)生時(shí)，發(fā)電機(jī)帶150 MW有功負(fù)荷，發(fā)變組A柜顯示發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓二次值A(chǔ)C為97．01 V，BC為96．91 V，CA為97．03 V；B柜顯示發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓二次值A(chǔ)C為97．01 V，BC為96．91 V，CA為97．17 V；發(fā)電機(jī)機(jī)端零序電壓為0．02 V，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)零序電壓為6．03 V，機(jī)端開口三角三次諧波電壓為2．25 V，中性點(diǎn)三次諧波電壓為0．59 V，三次諧波電壓比率值為3．82。

圖1 發(fā)電機(jī)TV一次接線

2 原因分析

2.1 三次諧波電壓比率定子接地保護(hù)原理

三次諧波電壓比率判據(jù)只保護(hù)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)以上25 %左右的定子接地，機(jī)端三次諧波電壓取自機(jī)端開口三角零序電壓，中性點(diǎn)側(cè)三次諧波電壓取自發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)TV。

三次諧波電壓比率定子接地保護(hù)動(dòng)作方程：

式中：K3ωzd為機(jī)端三次諧波電壓與中性點(diǎn)側(cè)三次諧波電壓比率保護(hù)的整定值，U3T，U3N為機(jī)端和中性點(diǎn)三次諧波電壓值。

該廠按實(shí)測(cè)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前、后最大三次諧波電壓比值乘以一可靠系數(shù)(1．2—1．5)整定。由于并網(wǎng)前、后測(cè)試值相差不大，故均取K3ωzd=1．2。

由于三次諧波電壓定子繞組單相接地保護(hù)動(dòng)作判據(jù)比較薄弱，在運(yùn)行中只要稍有干擾，特別是中性點(diǎn)回路中稍有不正常時(shí)，該保護(hù)就可能誤動(dòng)作，故保護(hù)整定為動(dòng)作延時(shí)5．5 s發(fā)信。

三次諧波電壓比率定子繞組接地保護(hù)邏輯如圖2所示。

2.2 動(dòng)作情況分析及排查過程

2．2．1 保護(hù)動(dòng)作信號(hào)正確

根據(jù)三次諧波比率原理，因?yàn)闄C(jī)端三次諧波電壓 / 中性點(diǎn)三次諧波電壓 =2．25/0．59=3．82，大于整定值1．2，所以三次諧波電壓比率保護(hù)動(dòng)作信號(hào)正確。

2．2．2 故障排查過程

由于發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)三次諧波電壓比率接地保護(hù)信號(hào)動(dòng)作，機(jī)端三相電壓對(duì)地平衡，假如發(fā)電機(jī)真正發(fā)生接地故障，由于發(fā)電機(jī)基波零序電壓保護(hù)只能保護(hù)發(fā)電機(jī)機(jī)端至中性點(diǎn)85 %—95 %的定子繞組單相接地，所以接地點(diǎn)應(yīng)該位于發(fā)電機(jī)定子繞組靠近中性點(diǎn)位置。當(dāng)發(fā)電機(jī)靠近中性點(diǎn)接地短路時(shí)，由于機(jī)端反應(yīng)出的不平衡電壓相對(duì)較小，機(jī)端三相電壓仍趨于相對(duì)平衡，機(jī)端TV二次開口三角反應(yīng)出的基波零序電壓相對(duì)較小(本次報(bào)警發(fā)電機(jī)機(jī)端零序二次電壓為0．02 V)，故排除發(fā)電機(jī)定子機(jī)端繞組接地的可能性。而定子接地保護(hù)三次諧波電壓比率判據(jù)為配合定子接地基波零序電壓保護(hù)構(gòu)成100 %保護(hù)，只保護(hù)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)25 %左右的定子接地，利用發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓三次諧波與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電壓三次諧波比率作為動(dòng)作條件，當(dāng)比值大于整定值時(shí)發(fā)信報(bào)警。

經(jīng)驗(yàn)表明：當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓三次諧波略小于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電壓三次諧波，保護(hù)不動(dòng)作；當(dāng)發(fā)電機(jī)定子越靠近中性點(diǎn)接地短路時(shí)，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電壓三次諧波會(huì)越小，而遠(yuǎn)離中性點(diǎn)的機(jī)端電壓三次諧波會(huì)越大，甚至大于中性點(diǎn)電壓三次諧波，啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作發(fā)信。

經(jīng)過初步判斷，檢修人員對(duì)發(fā)電機(jī)及相關(guān)一次連接回路進(jìn)行檢查。由于機(jī)組正處于運(yùn)行狀態(tài)，檢修及運(yùn)行人員先通過對(duì)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)尾部7G接地刀閘、接地變壓器、分壓電阻以及通過發(fā)電機(jī)外部窺視孔對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)部定子繞組進(jìn)行外觀詳細(xì)檢查，均未發(fā)現(xiàn)明顯放電或接地現(xiàn)象。

檢修人員檢查二次回路，以排除二次回路上的干擾或其他原因帶來的保護(hù)誤報(bào)警。

檢修人員申請(qǐng)退出2號(hào)機(jī)發(fā)變組保護(hù)A屏所有出口壓板及定子接地保護(hù)功能壓板，用表計(jì)測(cè)量發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)二次電壓L603，B600電壓頻率及幅值。經(jīng)測(cè)量中性點(diǎn)基波電壓為0—6．08 V，三次諧波電壓為0—0．44 V，機(jī)端零序電壓基波為0，三次諧波為2．25 V。

解開發(fā)變組保護(hù)A屏中性點(diǎn)電壓L603連片，觀察裝置中性點(diǎn)三次諧波及基波電壓，發(fā)現(xiàn)無電壓漂浮，顯示為0，恢復(fù)連片。解開中性點(diǎn)發(fā)變組保護(hù)A屏電壓B600連片，觀察裝置中性點(diǎn)三次諧波及基波電壓，無電壓漂浮，顯示為0，恢復(fù)連片。檢查確認(rèn)裝置零漂沒問題。

圖2 三次諧波電壓比率定子繞組接地保護(hù)邏輯

解開發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)TV端子箱L603，B600至2號(hào)機(jī)發(fā)變組保護(hù)A屏電纜觀察裝置中性點(diǎn)三次諧波及基波電壓連片，電壓顯示基波為0．01 V，三次諧波為0．01 V。

用臨時(shí)電纜代替原電纜接入L603，B600，接入A屏中性點(diǎn)電壓回路，觀察裝置中性點(diǎn)基波電壓及三次諧波：基波電壓為0—6．08 V，三次諧波電壓為0—0．34 V，三次諧波電壓比值為2．25/0．34=6．617。更換臨時(shí)電纜后，故障依舊存在。投回A屏保護(hù)出口壓板及定子接地保護(hù)功能壓板，A套保護(hù)恢復(fù)原運(yùn)行方式。

按以上試驗(yàn)方式在B屏做相同試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果與A屏一致，排除保護(hù)裝置內(nèi)部及發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)TV端子箱L603，B600至2號(hào)機(jī)發(fā)變組保護(hù)A屏、B屏電纜問題?；謴?fù)B套保護(hù)運(yùn)行方式。按發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電壓二次回路圖紙(見圖3)，排查L602及B600至發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地變壓器輸出二次回路。

圖3 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電壓二次回路

檢修人員檢查TV0輸出二次端子均未發(fā)現(xiàn)松動(dòng)等異?，F(xiàn)象，L602及B600接線良好，測(cè)量其接線柱外部電壓顯示基波電壓為0—6．11 V，三次諧波電壓為0—0．37 V，與保護(hù)屏采樣顯示并無差異。測(cè)量接線柱內(nèi)部銅排，發(fā)現(xiàn)電壓顯示與接線柱外部測(cè)量值不一致，其基波電壓相對(duì)穩(wěn)定為0．02 V，三次諧波電壓為2．69 V。采用交叉測(cè)量法，以接有L602的接線柱內(nèi)部銅排對(duì)B600接線柱外部端子測(cè)量，基波電壓為0．02 V，三次諧波電壓為2．69 V，數(shù)值穩(wěn)定。以接有B600的接線柱內(nèi)部銅排對(duì)L602接線柱外部端子測(cè)量，電壓漂浮不定，與保護(hù)裝置及先前測(cè)量數(shù)值相近。判斷為L602接線端子導(dǎo)電不良等原因?qū)е码妷撼霈F(xiàn)漂浮。單獨(dú)對(duì)L602接線端子內(nèi)部銅排及外接線螺絲進(jìn)行壓差測(cè)量，發(fā)現(xiàn)壓差約為1．58 V，并非等電位。同一連接點(diǎn)而非等電位，再次確認(rèn)應(yīng)為接觸不良導(dǎo)致電壓漂浮。

2.3 應(yīng)對(duì)措施

2．3．1 臨時(shí)措施

將L602接線端子內(nèi)部銅排及外接線螺栓采用臨時(shí)短接線短接，再次觀察發(fā)變組A柜及B柜，保護(hù)A屏發(fā)電機(jī)機(jī)端二次電壓AB為98．48 V，BC為 98．63 V，CA為98．67 V；保護(hù)B屏發(fā)電機(jī)機(jī)端二次電壓AB為98．46 V，BC為98．53 V，CA為98．76 V；發(fā)電機(jī)機(jī)端零序電壓為0，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)零序電壓為0．02 V，機(jī)端開口三角三次諧波電壓為2．20 V，中性點(diǎn)三次諧波電壓為2．64 V，三次諧波電壓比率為0．831。2號(hào)發(fā)電機(jī)三次諧波電壓比率定子接地保護(hù)報(bào)警信號(hào)消失。臨時(shí)措施示意如圖4所示。

圖4 臨時(shí)措施示意

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢查情況，主設(shè)備問題被排除，確定為二次回路接觸不良引起的發(fā)電機(jī)三次諧波電壓比率定子接地保護(hù)誤發(fā)信。銅排與導(dǎo)電螺栓接觸不良，導(dǎo)致電壓漂浮，基波電壓虛高，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)二次電壓回路三次諧波時(shí)而減少，引起三次諧波電壓比率接地保護(hù)信號(hào)誤動(dòng)是本次事件的主要原因。為了確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，不影響發(fā)電機(jī)正常發(fā)電，按圖4中加裝跳線的做法使機(jī)組維持穩(wěn)定運(yùn)行。

2．3．2 最終措施及分析

機(jī)組停機(jī)期間重新檢查銅排與導(dǎo)電螺絲連接情況。拆下檢查后發(fā)現(xiàn)金屬墊片氧化，拆除臨時(shí)措施，更換墊片后重新開機(jī)，電壓穩(wěn)定。

導(dǎo)致本次誤報(bào)警的原因有：機(jī)組大修期間檢查不到位；檢修人員對(duì)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)變壓器及分壓電阻直阻的測(cè)量、變比的測(cè)量、設(shè)備外觀的檢查不到位；未對(duì)氧化嚴(yán)重的螺栓或墊片進(jìn)行更換等。

3 結(jié)束語

三次諧波電壓比率接地保護(hù)信號(hào)出現(xiàn)，并不一定表明中性點(diǎn)附近真正發(fā)生接地故障。它受發(fā)電機(jī)各PT的測(cè)量準(zhǔn)確度，尤其是PT或二次電壓回路的影響很大，如本次的發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)二次電壓回路銅排與導(dǎo)電螺栓接觸不良，引起保護(hù)測(cè)量中性點(diǎn)三次諧波電壓值偏小或波動(dòng)。這為以后查找類似問題積累了經(jīng)驗(yàn)。

很多三次諧波定子接地保護(hù)誤發(fā)信是人為因素造成的，包括設(shè)計(jì)不合理、定值設(shè)定不合理、調(diào)試和維護(hù)不良等，具體如電壓互感器熔斷器沒有壓緊、同期回路的影響、干擾問題、二次回路中的極性接反等。當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)三次諧波定子接地保護(hù)誤發(fā)信時(shí)， 可以首先檢查上述人為因素，以便盡快找出故障原因。定子三次諧波接地保護(hù)誤發(fā)信號(hào)是發(fā)電機(jī)易出現(xiàn)的故障之一，保證二次測(cè)量接線正確、緊固，一次TV操作到位等是重要的反事故措施。按照預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程及運(yùn)行規(guī)程，做好相關(guān)檢查及嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，可以盡量避免不必要的停機(jī)。

1 張燦斌．汽輪發(fā)電機(jī)三次諧波電壓定子接地保護(hù)的誤動(dòng)分析[J]．廣東電力，2004，17(3)：26-28．