楊 濤，楊趙升，孔 彬，王祖順

(中國長江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443000)

0 引言

電壓互感器(potential transformer，PT)是水電站保護系統(tǒng)和測量系統(tǒng)的重要測量設備。PT 一、二次回路的完整性、正確性對發(fā)電機保護功能起著關鍵作用。

通過對水電站機端PT 運行情況進行趨勢分析，發(fā)現(xiàn)電壓互感器回路缺陷主要出現(xiàn)在一次熔斷器上。電壓互感器一次熔斷器接觸不良或者熔斷，都會導致發(fā)電機保護裝置采樣異常(故障相電壓降低、機端零序電壓增加)。但是，如此造成的數(shù)據(jù)異常大多因為變化量太小，不能快速的啟動發(fā)電機保護裝置動作告警，只能放任電壓互感器一次熔斷器的故障擴大，甚至存在使發(fā)電機保護裝置誤動的可能性。因此，在不能完全掌握PT 一次熔斷器故障發(fā)展趨勢的情況下，提前分析一次熔斷器熔斷對發(fā)電機保護功能影響，探索有效監(jiān)測一次熔斷器運行情況的方法就顯得尤為重要了。

1 電壓互感器配置

發(fā)電機機端設有3 組小車式電壓互感器(1PT，2PT，3PT)，其中1PT，2PT 各配置3 個二次繞組(2 個星型繞組，1 個開口三角繞組)，供發(fā)電機保護A，B 套、勵磁系統(tǒng)、調速系統(tǒng)使用。3PT 配置3 個星型繞組，供計量測量系統(tǒng)使用。1PT，2PT電壓互感器變比為12.7 kV/57.7 V/57.7 V/33.3 V，3PT 電壓互感器變比為12.7 kV/57.7 V/57.7 V/57.7 V。某水電站由1PT，2PT 提供二次電壓的發(fā)電機保護主要有復壓過流、發(fā)電機基波零序+三次諧波定子接地、失磁、失步保護4 類。由機端電壓互感器一次熔斷器熔斷引起的二次電壓變化，勢必會影響發(fā)電機保護正常運行。

2 一次熔斷器熔斷對發(fā)電機保護影響

某大型水電站巡檢人員發(fā)現(xiàn)A 套發(fā)電機保護裝置機端電壓三相不平衡(UA=58.36 V，UB=54.55 V，UC=58.32 V)，機端零序電壓明顯偏大(3U0=3.28 V)。經停機查找，發(fā)現(xiàn)是機端電壓互感器B 相一次保險異常。如未能及時發(fā)現(xiàn)機端電壓波動，一次熔斷器的熔斷程度會進一步加大，發(fā)電機保護裝置的采樣會無規(guī)律的突變，最終可能會對保護功能產生一定的影響。以RCS-985GW發(fā)電機保護裝置原理進行分析。

2.1 對發(fā)電機復壓過流保護影響

發(fā)電機復壓過流定值：負序電壓4.62V，相間最低電壓70 V,過流定值1.13 A。負序電壓和相間低電壓為或關系。

2.1.1 PT 一次側單相熔斷的影響

機端單相電壓降低至50 V，延時10 s 裝置報PT 斷線閉鎖復壓過流保護。在裝置報出PT 斷線前機端電壓下降到44 V 時，保護裝置顯示復壓過流保護開放(負序電壓達到定值)，但由于過流定值未達到，保護不動作。如果短時單相電壓下降過快(10 s 內)，在復壓過流保護開放且PT 斷線信號未報出時增大電流至1.13 A，保護出口跳閘；在復壓過流保護開放且PT 斷線信號已報出時增大電流至1.13 A，保護不動作。

2.1.2 PT 一次側三相熔斷的影響

機端三相電壓降低至40 V，保護裝置顯示復壓過流保護開放(相間低電壓達到定值)，但由于過流定值未達到，保護不動作。機端電壓下降到18 V，延時10 s 保護裝置報PT 斷線。

如果短時三相電壓下降過快(10 s 內)，在復壓過流保護開放時(電壓為18 V ～40 V)增大電流至1.13 A，保護出口跳閘；在復壓過流保護開放時(電壓低于18 V，PT 斷線未報出)增大電流至1.13 A，保護出口跳閘；在復壓過流保護開放時(電壓低于18 V，PT 斷線已報出)增大電流至1.13 A，保護不動作。

結論：PT 一次側單相熔斷時，如果電壓衰減時間夠短(PT斷線報出之前)且伴隨有過載現(xiàn)象(電流大于1.13 A)，發(fā)電機復壓過流會出口跳閘。PT三相熔斷時，如果有過載現(xiàn)象(電流大于1.13 A)，發(fā)電機復壓過流會可能出口跳閘。

2.2 對發(fā)電機基波零序和三次諧波定子接地保護 影響

發(fā)電機基波零序電壓定值為5.17 V，三次諧波定子接地保護機端中性點、三次諧波電壓比率，并網(wǎng)前為3.2，并網(wǎng)后為3.0。

發(fā)電機基波零序電壓取自中性點接地變二次繞組，機端PT 一次側熔斷器熔斷，不論是電壓緩慢降低，還是機端一次側電壓突降為零，對基波零序電壓保護無影響。

當機端PT 一次側熔斷器熔斷，可能會導致機端開口三角所測得的三次諧波電壓增大。在P=700 MW，Q=100 Mvar 時，B 相熔斷器熔斷三次諧波采樣對比及定值見表1。

表1 三次諧波電壓采樣對比及定值

機端2PT 一次側熔斷器熔斷，電壓持續(xù)下降，當滿足機端PT 一次斷線(見表2)所列的判據(jù)之一時，裝置延時275 ms 報“機端TV 一次斷線閉鎖三次諧波”。對采用基波零序和三次諧波電壓比率原理定子接地的發(fā)電機B 套保護來說，此時可以閉鎖三次諧波電壓比率報警。若三次諧波電壓激增，三次諧波電壓比率先大于定值，而機端TV 一次斷線判據(jù)還未滿足，則可能出現(xiàn)三次諧波電壓比率定子接地保護報警，保護不會出口跳閘。

表2 機端PT 一次斷線判據(jù)

結論：機端PT 一次熔斷器熔斷，存在發(fā)電機B 套保護裝置三次諧波電壓比率定子接地報警的可能，但保護裝置不會出口跳閘。

2.3 對發(fā)電機失磁保護影響

失磁保護判據(jù)：低電壓判據(jù)，三相同時低電壓判據(jù)85 V，無功反向判據(jù)-10 %。

由于失磁保護為無功反向判據(jù)，我們只考慮發(fā)電機處于進相運行(從系統(tǒng)吸收無功)狀態(tài)。在失磁阻抗動作邊界上拾取一個驗證點，根據(jù)歷史試驗數(shù)據(jù)改變機端熔斷相電壓，從而得出熔斷器熔斷對失磁保護的影響。

PT 一次側單相熔斷，相間低電壓判據(jù)無法滿足，失磁保護不會動作。

PT 一次側三相(兩相)熔斷，當三相電壓降至31 V 且進相時，失磁保護動作。

結論：PT 一次側單相熔斷對失磁保護無影響，兩相或三相熔斷同時機組處于進相運行狀態(tài)時保護有可能誤出口。

2.4 對發(fā)電機失步保護的影響

失步保護阻抗元件計算采用發(fā)電機機端正序電壓、正序電流，測量阻抗軌跡需穿越阻抗平面，并在每個區(qū)域停留一定時限，計算保護滑極次數(shù)。PT 一次熔斷器熔斷時，不管是電壓緩慢下降，還是突然降低，裝置所測得的阻抗都不滿足失步繼電器動作特性。

結論：失步保護不會誤動。

3 PT 一次熔斷器運行狀態(tài)監(jiān)測

為解決發(fā)電機機端PT 一次熔斷器慢熔時保護裝置PT 斷線判據(jù)不能及時告警的問題，在目前基于電壓平衡原理的PT 斷線檢測方法的基礎上，提出一種基于零序電壓和二次諧波電壓故障特征量的PT 斷線判別方法。改進后的判據(jù)動作于PT 一次側熔斷器慢熔斷線告警，能有效避免因熔斷器慢熔而導致機組誤強勵和定子接地保護誤動作的發(fā)生。

3.1 PT 一次熔斷器慢熔時機端電壓特征

在PT 一次側熔斷器慢熔過程中，因斷口電容值變化和雜散電感的影響，慢熔所在相二次電壓波形會出現(xiàn)畸變。在對曾發(fā)生的幾次PT 熔斷器慢熔故障數(shù)據(jù)進行濾波分析后，發(fā)現(xiàn)熔斷器慢熔故障會使零序電壓中諧波含量顯著增大，數(shù)據(jù)如表3 所示。

表3 零序電壓濾波分析

3.2 PT 一次熔斷器慢熔監(jiān)測方法

3 次事故中機端PT 開口三角均出現(xiàn)零序電壓且含有較高的諧波分量，并以二次諧波和三次諧波為主，因此可在現(xiàn)有發(fā)電機保護的基礎上，增加對事故前后的零序電壓基波分量和諧波分量的特征分析功能,取零序電壓中二次諧波和三次諧波含有率作為故障判別依據(jù)，再結合PT 開口三角電壓和機端自產零序電壓形成組合判據(jù)，當諧波分量和零序電壓均大于設定值時發(fā)出告警信號，同時設置零序電壓高越線報警和諧波高越線報警功能，以便運維人員及時發(fā)現(xiàn)PT 一次熔斷器慢熔故障，防止保護裝置誤動造成事故擴大。

4 結束語

通過分析發(fā)現(xiàn)，機端電壓互感器一次熔斷器熔斷對發(fā)電機的復壓過流保護、發(fā)電機基波零序+三次諧波定子接地保護、發(fā)電機失磁保護都會產生很大影響，甚至在某種工況下會導致保護裝置誤出口。為了最大限度的消除影響，快速定位故障熔斷器，更應該探索一種監(jiān)測電壓互感器一次熔斷器運行狀態(tài)的方法，及時有效的發(fā)現(xiàn)故障熔斷器。在此類故障未對發(fā)電機保護裝置產生影響之前，發(fā)現(xiàn)故障，消除故障，從而避免因PT 一次熔斷器故障而導致的保護裝置誤動，使故障進一步擴大。