一起发电机定子三次谐波保护误发信的分析和处理

1、一起发电机定子三次谐波保护误发信的分析和处理曹积慧 韦江平 （龙滩水电开发有限公司，广西 天峨 547300）摘要：通过一起发电机定子三次谐波保护误发信的原因分析和处理，阐明了PT小车推不到位是定子三次谐波保护误发信的人为因素原因之一，并举一反三的总结了此类人为因素的原因和提出了查找思路和运行操作的注意事项。关键词： 电压互感器 不到位 定子接地保护 三次谐波 人为因素0引言广西龙滩电厂一期工程安装7×700MW水轮发电机组，机端额定电压为18kV，发电机保护采用南瑞继保电气公司的RCS-985GW微机型发电机保护装置。定子接地保护A柜采用外加电源式定子接地保护，B柜采用基波零序过电

2、压判据保护从机端开始85-95的定子绕组单相接地故障，采用三次谐波电压比率和差动判据保护发电机中性点附近的定子绕组单相接地故障，机端三次谐波电压取自机端813PT开口三角零序电压，中性点侧三次谐波电压取自发电机中性点1ZB的PT，见图1。为了防止机端PT一次断线导致定子接地保护误动，保护检出机端PT一次断线后选择闭锁定子三次谐波电压差动保护的配置方案。图1发电机PT一次接线图1 事件经过2008年10月13日07：21监控简报发：“1）1号发电机保护B套定子接地报警；2）1号机电气保护B套动作；3）1号机电气保护系统异常”，监控光字有：“1）1号机发电机保护B套装置报警；2）1号机发电机保护B

3、套PT断线；3）1号机发电机保护B套定子接地报警。”运行现场检查1号发电机保护B套：“1）机端PT断线；2）机端PT一次断线闭锁三次谐波；3）三次谐波电压比率信号” ，当时发电机从7点13分开始开机升压并网一直到7点21分带负荷有功330MW，无功-30.1Mvar。1号发电机出口PT二次电压除了813PT C相的17、18号保险二次电压为42V外，其余的全部都是58 V。通过保护采样和故障录波器启动报告显示，见图2、图3、图4，两装置上采样数据一样，具体数据如下：发电机A相电压：57.5745-58.300V，发电机B相电压：57.3288-178.910V，发电机C相电压：42.47166

4、7.160V，发电机机端零序电压：10.3076V， 发电机中性点零序电压：0.05V，机端开口三角三次谐波电压：4.56V，中性点三次谐波电压：1.52V，三次谐波电压差值：1.82V。图2 发电机升压时保护装置录波图图3 发电机升压时故障录波器录波图图4 发电机带负荷330MW时故障录波器录波图2 原因分析2.1定子三次谐波保护原理三次谐波电压比率定子接地保护 三次谐波电压比率判据只保护发电机中性点25左右的定子接地， 机端三次谐波电压取自机端开口三角零序电压，中性点侧三次谐波电压取自发电机中性点PT。 三次谐波保护动作方程：U3TU3N K3wzd 式中： U3T、U3N为机端和中性点三

5、次谐波电压值，K3wzd为三次谐波电压比值整定值。 机组并网前后，机端等值容抗有较大的变化，因此三次谐波电压比率关系也随之变化，本装置在机组并网前后各设一段定值，随机组出口断路器位置接点变化自动切换。 三次谐波电压比率判据可选择动作于跳闸或信号。 三次谐波电压差动定子接地保护 三次谐波电压差动判据： 式中 为中性点、机端三次谐波电压向量，为自动跟踪调整系数向量， kre为三次谐波差动比率定值。本判据在机组并网后且负荷电流大于0.2Ie(发电机额定电流)时自动投入。三次谐波电压差动判据动作于信号。2.1.3 机端PT断线原理 机端PT 断线报警 动作判据： （1）正序电压小于18V，且任一相电流

6、大0.04In； （2）负序电压3U2大于 8V。 满足以上任一条件延时 10S 发相应 PT 断线报警信号，异常消失，延时 10s 后信号自动返回。2.1.4 机端PT断线和机端PT一次断线闭锁原理 机端PT一次断线时机端零序电压基波分量增加，三次谐波分量减小，不会导致基波零序电压保护、三次谐波比率判据误动，但会导致三次谐波电压差动误动，因此，在机端PT一次断线时闭锁三次谐波电压差动保护。动作判据： （1）中性点负序电压 3U2< 3V （2）PT1负序电压 3U2 > 8V （3）PT1开口三角零序电压 3U0 > 8V （4）PT1自产零序电压 3U0 > 8V

7、同时满足以上条件经10s发 PT 一次断线报警信号，并闭锁三次谐波电压差动定子接地保护。2.2动作情况分析机端PT断线和机端PT一次断线正确动作（1）中性点负序电压几乎为零，3U2< 3V条件成立。（2）机端PT负序电压3U2=3(1/3( UA+UB×ej240+UC×ej120)=3(1/3（57.5745-58.300+57.3288-178.910×ej240+42.471667.160×ej120) )=16.338V>8V, 条件成立。（3）机端开口三角零序电压 3U0 =10.3067V> 8V，条件成立，（4）机端PT自

8、产零序电压3U0 =3(1/3( UA+UB +UC)=3(1/3（57.5745-58.300+57.3288-178.910 +42.471667.160 )=15.207V> 8V，条件成立，以上条件满足，机端PT一次断线判据成立，机端PT一次断线动作。同时机端PT断线条件之一机端PT负序电压3U2>8V，条件成立，机端PT断线判据成立，机端PT断线动作。 所以PT出现两相电压正常，另一相电压异常现象，保护装置正确反映此异常现象。三次谐波差动信号不动作根据三次谐波差动原理，三次谐波电压差值1.82大于三次谐波差动比率定值与中性点三次谐波乘积0.3×1.52。符合三次

9、谐波差动信号方程，但机端PT一次断线闭锁三次谐波差动信号，所以三次谐波差动信号不动作。三次谐波电压比率信号动作根据三次谐波比率原理，机端三次谐波/中性点三次谐波=4.56/1.52=3，大于整定值1.5， 但机端PT一次断线不闭锁三次谐波电压比率信号，所以三次谐波电压比率信号动作。2.2为什么此时机端PT一次断线时机端开口三角绕组含有大量的三次谐波电压分量呢？并引起三次谐波电压比率信号动作？ 根据纯理论，机端PT一次断线时，机端三次谐波减少，可能会引起三次谐波差动信号误动，三次谐波电压比率信号不会动作。但从此异常情况上看，恰恰相反。理论上说的出现机端PT一次断线是稳态，完全断线现象。而从图2、

10、3、4来看我们注意到一个特点：发电机在逐渐升压时，发电机出口电压C相的波形从零到间断的小突变，再到连续的非50Hz正弦波，此后波形一直是发生畸变。经现场检查确认，认为原因为本次机端PT一次断线异常是过度稳态，或是暂态过程，是一次部分的动触头和静触头接触不良引起动、静触头间放电，两者经电弧连接，从而引起C相电压波形有点畸变，并存在大量三次谐波分量，同时开口三角形也感应出大量的三次谐波分量。因此三次谐波电压增加，引起三次谐波电压比率信号动作。2.3 机端PT检查和处理根据现象结合继电保护原理，马上对1号发电机机端PT检查，现场发现1号发电机机端813PTC相PT位置差2-3厘米的位置才到位，动静头

11、触头间看到小的放电现象。此时问题的现象和原因已经很明确，决定把1号机组停机下来，检查1号发电机机端813PTC相PT的动静头触头情况良好后小车推到位，开机升压并网运行后，发电机机端电压值正常，保护运行正常。3 结束语本次由机端PT小车推不到位导致保护异常报警信号的事件引起我们深入的思考：（1）保护和故障录波器装置，能正确反映故障现象，装置原理正常，装置良好。（2）对于三次谐波电压比率信号出现，并不一定表明中性点附近有接地现象，它受机端PT的测量影响很大，尤其是PT出现问题，例如本次的一次部分的动触头和静触头接触不良引起动、静触头间放电，或PT绕组有匝间短路的异常问题等引起机端PT测量波形出现畸

12、变，存在大量三次谐波分量，开口三角形也感应出大量的三次谐波分量。这特征为我们以后查找问题积累经验。（3）归根结底，本次异常事件原因为人为因素。从人为因素方面分析，在发电机调试和运行过程中, 很多三次谐波定子接地保护误发信不是由于原理本身的问题, 而是人为因素造成的, 包括设计不合理、定值设定不合理、调试和维护不良等。常见的人为因素有保护配有多余的移相回路；电压互感器断线误闭锁，使得保护拒动；冷却水水质不良；电压互感器相熔断器没有压紧；同期回路的影响；干扰问题；二次回路中的极性接反等等。本次事件中机端PT小车推不到位和电压互感器相熔断器没有压紧为同出一辙。（4）当发电机出现三次谐波定子接地保护误发信时, 可以首先检查一下以上常见的与原理无关的人为因素, 这样可以为快速找到事故的根源提供捷径。（5）定子三次谐波误发信号是发电机易出现的故障之一，保证二次测量