一起发电机保护装置注入低频电源异常报警事件原因分析和处理

某电厂共装6台混流式水轮发电机组，每台机组容量为700MW，发电机出口电压为18kV，额定电流为24948A，发电机中性点采用经接地变接地方式，发电机出口配置出口断路器。发电机设备配置两套南瑞继保RCS-985GW型发电机保护，其中定子接地保护按照双套冗余配置，A套为注入式低频电源定子接地保护，B套为基波+三次谐波定子接地保护，保护范围为发电机100%定子绕组，主要反映发电机定子单相接地故障。其中注入式低频电源装置采用南瑞继保RCS-985U电源装置，输出20Hz、26V方波电压，通过发电机中性点接地变绕组回路注入发电机定子绕组，构成注入式定子接地保护，正常运行时用于检测发电机定子接地绕组接地绝缘情况，发电机定子单相接地故障时用于快速动作切除故障。一、报警现象2021年4月24日08：36：10至11：56：08，2号机组运行过程中频报“2号发电机保护A套装置故障（复归）”，现地检查发电机保护装置报文为“注入低频电源异常”报警，后该报警信号自动复归，各参数恢复至正常。报警时保护装置显示低频电压0.082V，低频电流1.16mA，正常运行机组低频电压、电流应约为0.44V、5.00mA。同时，“注入低频电源异常”报警信号自动复归后，进一步检查发现机组发电态时注入低频回路测量电阻一次值约为9kΩ，与其他同类机组测量值（约24kΩ）相比差值较大，停机状态下测量电阻一次值恢复至24kΩ左右。二、报警逻辑及原因分析2.1注入低频电源异常报警逻辑及原因分析注入低频电源异常报警逻辑为：当ULF0（UG0经数字滤波后的20Hz低频电压）和ILF0（IG0经数字滤波后的20Hz低频电流）中的任一个低于各自的定值时，认为定子接地保护外加电源回路故障，闭锁保护出口并发出注入低频电源异常报警信号。外加电源回路故障报警判据如下：ULF0＜ULF0set或ILF0＜ILF0set式中：ULF0set、ILF0set整定值分别为0.07V、2.28mA。当ULF0和ILF0中的任一个低于报警定值时，报外加电源回路故障。4月24日报警时注入低频电流值为1.16mA，小于报警定值，符合装置报警逻辑。注入式电源回路（图1）主要由装置方波电源、带通滤波器、分压电阻以及接地变二次侧电阻组成，根据注入低频电流计算公式I=｛E/[-jRnXc/（Rn-jXc）+Ri]｝·Rn/（Rn-jXc）（I为20Hz电流，E为外加频率20Hz电压，Ri为20Hz电源内阻，Rn为接地变副边电阻，Xc为发电机三相对地容抗），定性分析报警可能原因如下：1）接地变侧绕组阻值Rn变化影响。当接地变二次侧电阻数值增大或减小只影响注入低频电流大小，装置报警时20Hz电压、电流均减小，根据故障现象可以排除为外部回路所致。2）接地变回路分压电阻变化影响。当装置内部分压电阻回路阻值增大或减小只影响低频电压采集数值大小。3）方波电源E、带通滤波器回路Ri发生变化会导致装置输出低频电压回路（B14、A2输出接点）方波电源电压数值异常，进而同时影响低频电压、电流采样。综合判断，报警时注入电源装置内部故障概率较大[1]。2.2发电态下测量电阻一次值跳闸逻辑及数据偏低分析注入低频电源异常报警时同时发现测量电阻一次值偏低，针对该情况进行分析，定子接地电阻跳闸逻辑为：接地电阻（测量电阻一次值）判据反映发电机定子绕组接地电阻的大小，设有两段接地电阻定值，高定值段作用于报警，低定值段作用于延时跳闸，延时可分别整定。报警判据为：RE＜REsetL和RE＜REsetH（RE为发电机定子绕组接地电阻，REsetH和REsetL分别为发电机定子绕组接地电阻的高、低定值）。接地电阻低定值段经安全接地电流闭锁，即只有当接地故障电流超过安全电流时，才允许接地电阻跳闸判据动作。其判据为：IG0＞ISAFE&RE＜REsetL。2号发电机保护外加电源定子接地保护定值中，测量电阻报警定值3.2kΩ（延时1s），测量电阻跳闸定值1.6kΩ（延时0.5s），安全接地电流定值0.01A，同时满足测量电阻小于1.6kΩ、接地电流大于0.01A、测量电阻跳闸投入及硬压板投入，定子接地保护才动作。目前发电态下注入式接地保护显示测量一次侧电阻约为9kΩ，原因分析如下。2.2.1

发电机问题排查1）查看并对比报警时间段内发电机保护A/B套、录波器、保信子站等发电机电气量参数数据，发电机运行过程中出口三相电压、电流、零序电压和电流数据均未发现异常，三相电压相位、幅值正常，无突变，三相电流幅值均衡、相位正确，零序电压、电流数据均在正常不平衡范围内，无突变。2）查看2号发电机局放数据：2号机大修后，2020年7月17日至2021年5月3日曲线整体趋势比较平稳，个别数据突变判断为机组振动、温度等因素引起，属于正常现象，其他未发现异常情况。3）利用停机对发电机定子线棒、接地变、出口设备等一次设备进行专项外观检查，均未发现异常。综合以上检查分析，初步判断发电机无明显故障特征，本体存在接地可能性较小。2.2.2

注入式接地保护装置问题排查对注入式接地保护测量数据进行分析对比，发现发电态下补偿后相角最大为279.1°（表1），与正常补偿相角272°～273°偏差较大。试验数据显示，在274°补偿角度下，模拟10.98kΩ电阻接地，实测电阻平均值为9.297kΩ，偏差-15.3%，当补偿角为279.1°时，测量模型误差会显著增大。因此可判断当前补偿角度定值下会引起较大电阻测量偏差。查询2020年2号发电机定子线棒更换检修前后及投运至今历史数据发现，检修前数据正常，根据Re=RE/k（Re为测量电阻二次值，RE为发电机定子绕组接地电阻，k为电阻折算系数）理论计算值测量定子一次值约为19kΩ。检修后测量一次电阻值换算后在7～10kΩ，调取相关试验单位对注入式定子接地保护参数测试试验报告发现，参数测试仅开展静态情况下补偿角度测试，定值设置为345°，补偿后角度为272.7°～273.0°，未根据南瑞继保《RCS-985U发电机入式定子接地保护技术和使用说明书》第7.5条要求开展动态情况下补偿角度校核，动态情况下补偿角度定值345°是否合适无试验数据支撑[2]。2.2.3

注入式接地保护低频电源异常和测量电阻偏低关联性分析注入低频电源异常报警主要是反映注入电源装置内部异常，当报警时会直接影响注入式各参数测量精度，注入低频电源告警时间段测量发电机定子线圈一次侧电阻值约为9kΩ，无法排除受报警时测量误差影响。当报警自动恢复后，测量电阻一次侧仍为9kΩ，可初步判断注入低频电源异常信号对测量电阻值无明显影响，但不排除装置内部仍存在异常因素影响定子测量一次电阻值。因此，二者报警关联性无法排除。三、处理及后续建议1）根据对注入式低频电源定子接地回路分析的初步结论对注入电源装置进行隔离检查，检测注入定子低频电源装置方波空载电压、短路电流，发现方波输出电压为20Hz、26.176V，短路电流由初始值2.67A降低为0.3A并保持，与正常电流值3A偏差较大，证明装置内部短路电流输出能力不够，判断装置内部存在故障。进一步解体检查发现装置内部带通滤波回路电感有灼烧短路点，测量电感值为109.18mH，已偏离设计正常值600mH。判断装置内部电感故障引起注入低频电源异常报警，更换合格的装置备品后检查注入定子接地回路测量电阻一次值约为9kΩ，其余参数均正常，可排除注入低频电源装置异常引起测量较实际值偏大。2）目前，发电机稳定运行下注入式定子接地保护测量电阻一次值约为9kΩ，无持续变小趋势，且定子接地保护跳闸逻辑需要接地电流辅助判据，运行过程中发电机误跳闸的概率偏小。但考虑测量偏差，如果发电机发生高阻接地，存在实际未达到接地定值情况下测量偏差引起误动风险[3]。因注入式定子接地保护定值需要根据现场动态试验进行实测，停机状态下不具备校核条件，因此后续建议如下：1）加强运行监视：利用保信子站监视注入式定子接地保护测量一次侧阻值、注入低频电压、注入低频电流数据，观察测量阻值降低趋势，如有降低及时通知技术人员检查分析。2）结合机组检修补充开展注入式定子接地保护参数现场测试试验，重点开展动态试验校核补偿角。3）为及时发现定子接地电阻降低的异常情况，建议专业人员加强检修前后保护设备运行参数对比分析，及时发现异常的运行数据并处理。四、结束语针对发电机注入式低频电源定子接地保护