发电机定子三次谐波保护误发信

1、发电机定子三次谐波保护误发 信曹积慧 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 7X 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

2、定子接地保护， B 柜采用基波零序过电压 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88800Q00055卞卞；鏡凌遵听宰8UP&12PT8H0080000008定子接地保护1T.R888888图1发电机PT次接线图i事件经过2008年10月13日07： 21监控简报发

3、:“ 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 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

4、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/ -58.30 0V，发电 机B相电压：57.3288/ -178.91 0V，发电机C相 电压：42.4716/ 67.160V,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。U iPti)亘看祖帥on_ 9 XA A /A A发師嘟电环(119.S95友电HIE駅刑19.

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8、U*o.m01n.osd黑Q.ffins-o.aaX-3AL珠电机曲liD ES 514 JODIL 披 114 BCT扎10 EEL 22X2 5S3KHt0知LEM,1“ 2119 2fl* . S4EL9N-i II 11-冲汝电机Sljl电潦昭L= 0.001CJlAlLUUJ图3发电机升压时故障录波器录波图il尽号巫宦宕片2成谐敲I J战诸茂4次關i?5 iSS1 E JTiSiff1 T辻闍苗e ；卜鮭1 fl，谐曲id IfiiSiS 亠1叫唸鹿社吐菇0 D6O5?. STLlOCta Hfl0*affi?L*a.aze靠Q.0220ll5Gt0.047a*O.OOTatO.0&

9、0%O.OQTffl-2虻Li岂阴曲A 039ST. Ill B-900K眞血tnL0.CEZ7CH.tH.OBLmo.azL011040a黑O.0lns-0.OZ7D.0Q7ax3AL珠电机曲d ns11 S?Ba amD B4E231B 3&3O 4941%2 =E4TilD.22LI*D . HEn 3&7n*n.TOL 341i 曲taao2EK泻:mitfai滋绅血觸顾鶴 二久 耳立件 帶辂 査堪凶 世矍雀】工口 d）分斬 的口硝他QP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

10、 %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：U3T / U3N K3wzd式中：U3T、U3N为机端和中性点三次谐波电压值，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： L yr-krx 匚小 kre x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

11、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0.2le（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。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，且任一相电流大0.0 4In ；（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。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

12、判据：（1）中性点负序电压 3U2 8V（3）PT1 开口三角零序电压 3U0 8V（4） PT1 自产零序电压 3U0 8V 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 8V, 条件成立。(3) 机端开口三角零序电压 3U =1.367V 8V，条件成立，(4) 机端 PT 自产零序电压 3U =3(1/3( UA+UB +UC)=3(1/3 ( 57.5745 / -58.30+57.3288 Z -178.91 +42.4716Z 67.

13、16 )=15.27V 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3U28V，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 .3x 1.52。符合三次谐波差动信号方 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。根据三次谐波比率原理，机端三次谐波 /中性 点三

14、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、 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

15、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， 动静头触头间看到小的放电现象。 此时问题的现

16、 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

17、 PT 测量波形出现畸变，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