周精明，程俊才，郝慧賢，陶太宏，張凌云

（廣西大藤峽水利樞紐開發(fā)有限責(zé)任公司，廣西 桂平 537226）

1 概述

電壓互感器（簡稱PT）是將高電壓變成低電壓的一種電氣設(shè)備，主要分為電磁式電壓互感器和電容分壓式電壓互感器兩種。其中，電磁式電壓互感器的工作原理和變壓器類似，都是用來變換電壓。但是，變壓器變換電壓的目的是為了輸送電能，因此容量很大；而電壓互感器變換電壓則主要是用來給測量儀表和繼電保護(hù)裝置供電，用來測量線路的電壓、功率和電能，或用來在線路發(fā)生故障時保護(hù)線路中的貴重設(shè)備、發(fā)電機(jī)和變壓器[1]。因此，當(dāng)電壓互感器無論一次還是二次回路出現(xiàn)故障，都將給整個二次系統(tǒng)帶來嚴(yán)重影響[2]。本文基于大藤峽水力發(fā)電廠7號機(jī)組發(fā)電機(jī)出口PT斷線的實(shí)際案例，對機(jī)組計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)速器系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)的動作信號進(jìn)行了原因分析，為機(jī)組運(yùn)行維護(hù)提供參考依據(jù)。

2 發(fā)電機(jī)出口PT簡介

大藤峽水力發(fā)電廠7號機(jī)組發(fā)電機(jī)出口共有3組電壓互感器（PT1、PT2、PT3），其中PT1的繞組Ⅰ供機(jī)組出口電能表使用，繞組Ⅱ及開口三角繞組供發(fā)電機(jī)A套保護(hù)、機(jī)組故障錄波裝置使用；PT2的繞組Ⅰ供勵磁Ⅰ路使用，繞組Ⅱ及開口三角繞組供發(fā)電機(jī)B套保護(hù)使用；PT3的繞組Ⅰ供勵磁Ⅱ路使用，繞組Ⅱ供機(jī)組測量、同期、調(diào)速器使用，繞組Ⅲ供機(jī)組PMU使用。7號機(jī)組發(fā)電機(jī)出口PT接線示意圖見圖1。

圖1 7號機(jī)組發(fā)電機(jī)出口PT接線示意圖

按照設(shè)計規(guī)范，發(fā)電機(jī)出口PT柜柜面設(shè)置有“互感器投入/退出”切換把手。當(dāng)“互感器投入/退入”切換把手在“退出”位時，相應(yīng)繼電器線圈得電，使串聯(lián)在PT二次電壓回路中的常閉接點(diǎn)斷開，進(jìn)而切斷PT二次電壓回路（只有PT1的繞組Ⅰ未串入常閉接點(diǎn)）。

3 事件經(jīng)過

某日，大藤峽水力發(fā)電廠220 kV系統(tǒng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ母合環(huán)運(yùn)行，7號主變在運(yùn)行態(tài)，7號機(jī)組在發(fā)電態(tài)。7號機(jī)組運(yùn)行水頭為18.33 m，帶有功負(fù)荷為130 MW，無功負(fù)荷為33 MW，一次調(diào)頻功能投入。7號機(jī)組勵磁電流為1 530 A，勵磁電壓為238 V，勵磁調(diào)節(jié)器為A通道自動方式運(yùn)行。7號機(jī)組發(fā)電機(jī)A、B套保護(hù)裝置正常投入。

17：24：06.771，監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)簡報窗口報“7號機(jī)組：勵磁系統(tǒng)PT故障動作”，同一時間報“7號機(jī)組：勵磁系統(tǒng)自動方式復(fù)歸”、“7號機(jī)組：勵磁系統(tǒng)手動方式動作”、“7號機(jī)組：一次調(diào)頻動作”，此時監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)7號機(jī)組單元監(jiān)視畫面中出口電壓、有功功率、無功功率、機(jī)組出口頻率顯示為0，交采表畫面中機(jī)組出口相電壓、線電壓、頻率顯示為0。

17：24：06.772，監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)簡報窗口報“7號機(jī)組：故障錄波裝置錄波啟動動作”，同一時間報“7號機(jī)組：出口PT柜電壓互感器二次側(cè)投入復(fù)歸”、“7號機(jī)組:勵磁系統(tǒng)滿足開機(jī)條件復(fù)歸”。

17：24：06.867監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)簡報窗口報“7號機(jī)組：調(diào)速器A套一般故障動作”，同一時間報“7號機(jī)組：調(diào)速器B套一般故障動作”、“導(dǎo)葉全開動作”。

17：24：16.711監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)簡報窗口報“7號機(jī)組：發(fā)電機(jī)A套保護(hù)裝置裝置報警動作”，同一時間報“7號機(jī)組：發(fā)電機(jī)A套保護(hù)裝置裝置PT斷線動作”、“7號機(jī)組：發(fā)電機(jī)B套保護(hù)裝置裝置報警動作”、“7號機(jī)組：發(fā)電機(jī)B套保護(hù)裝置裝置PT斷線動作”；7號機(jī)組PT斷線期間，監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)簡報窗口一次調(diào)頻動作/復(fù)歸信號刷屏。

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)7號機(jī)組發(fā)電機(jī)出口PT柜柜面“互感器投入/退出”切換把手在“退出”位，將發(fā)電機(jī)出口PT柜柜面“互感器投入/退出”切換把手從“退出”位切換至“投入”位后，相關(guān)動作信號復(fù)歸，7號機(jī)組運(yùn)行無異常。

4 動作信號分析

4.1 計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)動作信號分析

（1）監(jiān)控系統(tǒng)報“7號機(jī)組：發(fā)電態(tài)復(fù)歸”、“7號機(jī)組：不定態(tài)動作”

7號機(jī)組發(fā)電態(tài)的判斷條件為907開關(guān)在合位、轉(zhuǎn)速＞95%ne、機(jī)端電壓＞80%Ue和導(dǎo)葉開度空載以上4個條件“與邏輯”的集合。此時由于7號機(jī)組發(fā)電機(jī)出口PT控制方式為退出，故7號機(jī)組出口三相電壓均為0，不滿足機(jī)端電壓＞80%Ue，故7號機(jī)組由發(fā)電態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴欢☉B(tài)。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)報“7號機(jī)組不可調(diào)動作，有功調(diào)節(jié)退出動作”、“7號機(jī)組不可調(diào)動作，無功調(diào)節(jié)退出動作”、“7號機(jī)組：有功可調(diào)復(fù)歸”、“7號機(jī)組：無功可調(diào)復(fù)歸”

PID調(diào)節(jié)在程序中的判斷條件為當(dāng)機(jī)組在發(fā)電態(tài)、調(diào)速器在自動方式時，機(jī)組有功可調(diào)；機(jī)組在發(fā)電態(tài)或調(diào)相態(tài)、勵磁系統(tǒng)在自動方式時，機(jī)組無功可調(diào)。由于此時7號機(jī)組在不定態(tài)，因此，有功和無功均不可調(diào)節(jié)。當(dāng)有功不可調(diào)時，有功調(diào)節(jié)便會退出，無功調(diào)節(jié)退出同理。

（3）監(jiān)控系統(tǒng)報“7號機(jī)組：7號機(jī)組LCU A4柜變送器頻率品質(zhì)壞”

由于廠內(nèi)變送器頻率取自發(fā)電機(jī)出口PT3的繞組Ⅱ，而發(fā)電機(jī)出口PT控制方式為退出，因此報品質(zhì)壞為正?，F(xiàn)象。

4.2 調(diào)速器系統(tǒng)動作信號分析

（1）監(jiān)控系統(tǒng)報“7號機(jī)組：一次調(diào)頻動作”、“導(dǎo)葉全開動作”

調(diào)速器系統(tǒng)殘壓測頻采集的電壓量取自發(fā)電機(jī)出口PT3的繞組Ⅱ，當(dāng)7號機(jī)組發(fā)電機(jī)出口PT控制方式為退出時，調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)頻消失，但是調(diào)速系統(tǒng)的4路信號轉(zhuǎn)換器、測頻模塊及程序計算方法有延遲，導(dǎo)致程序計算出來的機(jī)頻遠(yuǎn)低于50 Hz，又因一次調(diào)頻功能投入，當(dāng)機(jī)頻不在50±0.05 Hz范圍內(nèi)時，一次調(diào)頻動作，使導(dǎo)葉開度在幾秒時間內(nèi)迅速增加到98%開度左右（接力器導(dǎo)葉全開行程開關(guān)動作），槳葉開度跟隨當(dāng)時水頭下的協(xié)聯(lián)曲線增加到98%左右。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)報“7號機(jī)組：調(diào)速器A套一般故障動作”、“7號機(jī)組：調(diào)速器B套一般故障動作”，一次調(diào)頻動作/復(fù)歸信號刷屏

當(dāng)7號機(jī)組發(fā)電機(jī)出口PT斷線，調(diào)速系統(tǒng)測頻程序在1 min內(nèi)未測得機(jī)組頻率脈沖時，電調(diào)柜狀態(tài)報警窗A/B套報機(jī)頻故障，機(jī)頻故障后切換齒盤測速為主用，同時上報給監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)速器A/B套一般故障，因齒盤間隙不均勻，調(diào)速系統(tǒng)齒盤測速是以每個齒盤的上升沿或下降沿來計算機(jī)組頻率，導(dǎo)致測得的機(jī)組頻率跳變很大，監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)一次調(diào)頻動作/復(fù)歸信號刷屏，導(dǎo)葉開度調(diào)整頻繁。因槳葉開度死區(qū)為2%的開度，所以槳葉開度調(diào)整不頻繁。

（3）調(diào)速器系統(tǒng)輔助油泵啟動運(yùn)行時間較長

7號機(jī)組發(fā)電機(jī)出口PT斷線期間，因?qū)~頻繁動作，所以調(diào)速器系統(tǒng)油壓消耗較快。輔助油泵功率小，打壓時間較長，打壓時間為12 min 30 s左右。

4.3 勵磁系統(tǒng)動作信號分析

7號機(jī)組勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器A通道采集的機(jī)端電壓取自出口PT2的繞組Ⅰ，B、C通道采集的機(jī)端電壓取自發(fā)電機(jī)出口PT3的繞組Ⅰ。當(dāng)7號機(jī)組發(fā)電機(jī)出口PT斷線，7號機(jī)組勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器A、B、C 3個通道的機(jī)端電壓采集回路斷開，無法對機(jī)端電壓進(jìn)行采集。

（1）監(jiān)控系統(tǒng)報“7號機(jī)組：勵磁系統(tǒng)PT故障動作”、“7號機(jī)組:勵磁系統(tǒng)自動方式復(fù)歸”、“7號機(jī)組：勵磁系統(tǒng)手動方式動作”

勵磁系統(tǒng)PT故障有兩種情況：

1）三相機(jī)端電流平衡時，三相機(jī)端電壓不平衡；

2）當(dāng)勵磁電流＞20%Ie時，機(jī)端電壓＜5%Ue。

當(dāng)7號機(jī)組發(fā)電機(jī)出口PT控制方式為退出時，7號機(jī)組勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的A、B、C 3個通道采集的機(jī)端電壓為0 V，而機(jī)端電流正常采集，此情況符合條件2，故報PT故障信號，且通道狀態(tài)級別變?yōu)?，自動將工作方式切換至手動方式[3]。勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器通道狀態(tài)級別見表1。

表1 勵磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器通道狀態(tài)級別

（2）監(jiān)控系統(tǒng)報“7號機(jī)組:勵磁系統(tǒng)滿足開機(jī)條件復(fù)歸”

勵磁系統(tǒng)滿足開機(jī)條件的判斷條件為：

1）控制方式在遠(yuǎn)方位；

2）勵磁系統(tǒng)無故障信號。

因?yàn)?號機(jī)組勵磁系統(tǒng)報A、B、C套“PT故障”信號，不滿足開機(jī)條件，故勵磁系統(tǒng)“滿足開機(jī)條件復(fù)歸”信號動作。

4.4 繼電保護(hù)系統(tǒng)動作信號分析

7號機(jī)組故障錄波裝置采集的機(jī)端電壓取自發(fā)電機(jī)出口PT1的繞組Ⅱ及開口三角繞組，發(fā)電機(jī)A套保護(hù)裝置采集的機(jī)端電壓取自發(fā)電機(jī)出口PT1的繞組Ⅱ及開口三角繞組，發(fā)電機(jī)B套保護(hù)裝置采集的機(jī)端電壓取自發(fā)電機(jī)出口PT2的繞組Ⅱ及開口三角繞組。

（1）監(jiān)控系統(tǒng)報“7號機(jī)組：故障錄波裝置錄波啟動動作”

7號機(jī)組故障錄波裝置的發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓相電壓突變定值為10 V、發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓相電壓下限定值為40 V、發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓正序突變定值為10 V，當(dāng)7號機(jī)組發(fā)電機(jī)出口PT斷線（相電壓從57.75 V突變?yōu)? V），滿足上述啟動故障錄波的定值。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)報“7號機(jī)組：發(fā)電機(jī)A套保護(hù)裝置裝置報警動作”、“7號機(jī)組：發(fā)電機(jī)A套保護(hù)裝置裝置PT斷線動作”、“7號機(jī)組：發(fā)電機(jī)B套保護(hù)裝置裝置報警動作”、“7號機(jī)組：發(fā)電機(jī)B套保護(hù)裝置裝置PT斷線動作”。

發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置報PT斷線信號的條件為：

1）正序電壓小于18 V，且任一相電流大于0.04In；

2）負(fù)序電壓3U2大于8 V。

當(dāng)機(jī)端PT滿足以上任一條件，延時10 s發(fā)相應(yīng)PT斷線報警信號，裝置面板上PT斷線紅燈點(diǎn)亮。異常消失，延時10 s后信號自動返回，裝置面板上PT斷線紅燈熄滅。

當(dāng)7號機(jī)組發(fā)電機(jī)出口PT斷線，滿足發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置報PT斷線信號的條件1，故發(fā)電機(jī)A、B套保護(hù)裝置延時10 s報PT斷線信號。

5 結(jié)論

綜上所述，當(dāng)7號機(jī)組發(fā)電機(jī)出口PT斷線時，機(jī)組計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)速器系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)信號動作正確。通過分析信號動作的原因，為水力發(fā)電廠運(yùn)行維護(hù)人員根據(jù)具體的動作信號快速判斷故障原因提供了參考，最大程度地保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。