劉佳

（國家電投集團(tuán)江西電力有限公司高新清潔能源分公司，江西 吉安 343100）

由于發(fā)電機(jī)氣隙磁通的非正弦分布，在定子中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)除基波外，還有各種諧波電動(dòng)勢(shì)，其中主要以3、5、7次諧波為主。這些高次諧波成分將使發(fā)電機(jī)三相電壓偏離正弦波形，因此發(fā)電機(jī)在制造過程中會(huì)使用各種辦法抑制這些諧波成分，但由于相電壓中的三次諧波，在線電壓中正好抵消，三次諧波成分不影響線電壓波形，一般不會(huì)優(yōu)先考慮，而且鐵心局部飽和也不可避免，因此在發(fā)電機(jī)三相電壓的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中，總有或大或小的三次諧波。對(duì)于只采用基波零序電壓構(gòu)成的定子接地保護(hù)，當(dāng)接地故障發(fā)生在中性點(diǎn)附近時(shí)，由于這種保護(hù)原理上的死區(qū)，故障可能不會(huì)被檢測(cè)到，若再發(fā)生第二點(diǎn)接地故障，就會(huì)造成實(shí)際上的相間或匝間短路，對(duì)發(fā)電機(jī)機(jī)組造成嚴(yán)重?fù)p害。

一、概述

江西峽江水電站6號(hào)機(jī)組為天津阿爾斯通水電設(shè)備有限公司生產(chǎn)的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量40MW，其保護(hù)裝置采用南京南瑞繼保電氣有限公司的RCS-985SS型發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置。定子接地保護(hù)配有基波零序電壓定子接地保護(hù)、機(jī)端零序電流定子接地保護(hù)、三次諧波電壓比率定子接地保護(hù)，構(gòu)成100%保護(hù)區(qū)的定子接地保護(hù)，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)接地變二次繞組，

二、現(xiàn)象

峽江電站6號(hào)機(jī)組自2013年9月投產(chǎn)至今，每當(dāng)其負(fù)荷低于20WM時(shí)，機(jī)組保護(hù)裝置就發(fā)定子接地保護(hù)報(bào)警，而負(fù)荷高于20WM時(shí)，報(bào)警復(fù)歸。經(jīng)查看現(xiàn)地保護(hù)裝置，報(bào)警為三次諧波電壓比率定子接地保護(hù)報(bào)出

三、原因分析

（一）三次諧波電壓比率定子接地保護(hù)。三次諧波電壓比率判據(jù)只保護(hù)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)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)接地變二次繞組。

三次諧波保護(hù)動(dòng)作方程：UF0_3W／UN0_3W ＞K3wzd

（二）檢查經(jīng)過及分析。二次人員先檢查了6號(hào)機(jī)組保護(hù)裝置的采樣數(shù)據(jù)，并與8號(hào)機(jī)組對(duì)比，根據(jù)檢查數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，機(jī)組所帶負(fù)荷在20MW以下時(shí)，機(jī)端與中性點(diǎn)三次諧波電壓的比值UF0_3W／UN0_3W確實(shí)超過了整定值（整定值為2.0），數(shù)據(jù)記錄見表1和表2。從數(shù)據(jù)可看出：1）機(jī)端和中性點(diǎn)的三次諧波電壓會(huì)隨機(jī)組有功功率的變化而變化；2）9號(hào)機(jī)組中性點(diǎn)的三次諧波電壓要明顯小于8號(hào)機(jī)組的，而機(jī)端的三次諧波電壓大致相同；3）正常情況下，機(jī)端與中性點(diǎn)三次諧波電壓的比值UF0_3W／UN0_3W應(yīng)該在0.5～0.55之間，乘以可靠系數(shù)1.4后為0.7～0.77，表明目前6號(hào)機(jī)組該保護(hù)的定值偏大。

后來二次人員又在保護(hù)屏后端子上用萬用表測(cè)量 UF0與 UN0的大小，發(fā)現(xiàn)萬用表測(cè)得UF0與 UN0的大小，與保護(hù)裝置中UF0_3W、UN0_3W的大小幾乎差不多，這也驗(yàn)證了機(jī)組零序電壓中分量以三次諧波分量為主，基波及其他高次諧波分量的含量微乎其微，同時(shí)也表明，機(jī)組保護(hù)裝置的測(cè)量回路及其精度沒問題。后來二次人員把目光轉(zhuǎn)向了保護(hù)裝置以外的二次回路上。隨著檢查的深入，二次人員發(fā)現(xiàn)6號(hào)機(jī)組中性點(diǎn)接地變壓器二次側(cè)可調(diào)電阻R引出線（見圖2中的R2、R3）的引出位置與其他機(jī)組的略微不同，可調(diào)電阻R由104片電阻片串聯(lián)而成，由歐姆定律知，其引出線R2的位置就直接影響著R2與R3兩端電壓的大小。根據(jù)分析，機(jī)端電壓互感器935TV變比為13.8KV/√3/100V/√3/100V，已知中性點(diǎn)接地變壓器變比為13.8/0.4KV，那么圖2中R2與R3兩端的輸出額定電壓也應(yīng)該為100V，也就是說R2與R3之間的電阻應(yīng)該占總電阻R的1/4，R2引出線應(yīng)該在距R3端第26片電阻片引出，而R2實(shí)際是從可調(diào)電阻R的第24片電阻片引出，這正是引起6號(hào)機(jī)組中性點(diǎn)三次諧波比其他機(jī)組偏小、引起機(jī)組三次諧波電壓定子接地保護(hù)誤動(dòng)的原因。

表1：峽江水電站6號(hào)機(jī)組不同負(fù)荷下三次諧波電壓實(shí)測(cè)結(jié)果

表2：峽江水電站8號(hào)機(jī)組不同負(fù)荷下三次諧波電壓實(shí)測(cè)結(jié)果

四、處理過程

6號(hào)機(jī)組申請(qǐng)停機(jī)后，做好相關(guān)安全措施，把引出線R2的位置從可調(diào)電阻的第24片改為第26片引出，然后用變壓器變比測(cè)試儀，測(cè)得6號(hào)機(jī)組中性點(diǎn)接地變壓器一次側(cè)與R2、R3兩端的變比為13.8/0.1，隨后開機(jī)并網(wǎng)，將負(fù)荷調(diào)節(jié)到16MW，保護(hù)裝置未發(fā)定子接地信號(hào)。

五、結(jié)論

（一）發(fā)電機(jī)有功功率影響著發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)和機(jī)端三次諧波電壓的比例，無功功率對(duì)三次諧波電壓的幅值影響不太明顯。

（二）正常情況下，水輪發(fā)電機(jī)組機(jī)端三次諧波電壓總是小于中性點(diǎn)三次諧波電壓。

（三）三次諧波電壓比率定子接地保護(hù)的定值整定須結(jié)合實(shí)際。

（四）通過對(duì)發(fā)電機(jī)三次諧波電壓定子接地保護(hù)原理、實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)及故障情況分析，我們應(yīng)深刻地認(rèn)識(shí)到作為繼電保護(hù)專業(yè)維護(hù)人員，一定要克服“重裝置輕回路”的思想，重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)二次接線及基本數(shù)據(jù)的分析理解。