一例發電機過激磁保護動作跳閘事故分析

鄢志超

（浙能嘉興發電有限公司，浙江平湖314201）

一例發電機過激磁保護動作跳閘事故分析

鄢志超

（浙能嘉興發電有限公司，浙江平湖314201）

針對某600 MW機組在啟動過程中的過激磁保護誤動跳閘事故，根據保護裝置故障記錄和波形，分析縱向零序過壓元件、三次諧波定子接地保護、過激磁保護動作情況，查找出故障原因。通過對保護的動作行為分析，提出了幾點改進建議。

發電機；零序過壓；三次諧波；過激磁保護；分析

由于發電機發生過激磁故障時并非每次都造成設備的明顯破壞，所以往往容易被忽視，但是發電機多次過激磁后將因過熱導致絕緣老化，降低使用壽命。過激磁危害的表現之一是鐵心飽和后諧波磁密增強，使附加損耗增大，引起局部過熱；表現之二就是使定子鐵心背部漏磁場增強，使定位筋和鐵心中的電流急劇增加，在定位筋附近的部位，電流密度很大引起局部過熱。電壓越高，時間越長，引起的過熱越嚴重，甚至會造成局部燒傷。如果定位筋和定子鐵心接觸不良，過電壓后在接觸面上可能要出現火花放電，這對于氫冷機組是十分不利的，因此發電機組都設有過激磁保護。

某發電廠1臺600 MW機組檢修結束，啟動過程中建壓不久發生過激磁保護跳閘。該機組采用美國GE公司的G60發電機保護裝置。查看G60保護裝置故障記錄：匝間保護用縱向零序過壓元件動作，100%定子接地保護動作發信，過激磁保護動作發信并跳閘。根據保護動作故障數據，分析相關保護動作情況，并提出了幾點改進建議。

1 保護動作分析

1.1 TV二次電壓波形

動作的3個保護均為電壓量保護，調取G60保護裝置采樣到的電壓量波形，發電機機端電壓向量如圖1所示。

圖1 發電機機端的電壓向量

圖1中（a）為機端TV二次電壓向量圖，（b）為機端匝間保護專用TV二次電壓向量圖。

由圖1可以看出，機端TV二次電壓三相幅值正常，相位差120°，為正常電壓波形；機端匝間保護專用TV二次電壓三相幅值相差很多，相位差也并非120°。

1.2 縱向零序過壓元件動作分析

縱向零序過壓元件電壓源取自匝間保護專用TV，其中性點n與發電機中性點N直接相連且不接地。當發電機定子繞組匝間故障時，三相機端對中性點電壓不平衡，就一定出現縱向零序電壓3U0（而機端TV則不反應縱向零序電壓），當3U0大于整定值時，保護啟動。

縱向零序過壓元件整定值為0.05pu（二次值為0.05×57.7＝2.885 V）,動作延時為0.05 s。根據G60保護裝置采樣到的A，B，C相電壓，計算得到的3U0為47.54 V，大于縱向零序過壓元件整定值，因此縱向零序過壓元件動作正確。

1.3 三次諧波定子接地保護動作分析

發電機三次諧波定子接地保護動作范圍為距發電機中性點5%～15%左右的定子繞組接地故障。當靠近發電機中性點附近發生定子接地故障時，發電機中性點三次諧波電壓減小，機端三次諧波電壓增大。目前國內外各種三次諧波定子接地保護裝置都是根據這兩個電壓的變化特征，構成不同的動作判據。

G60保護裝置的三次諧波定子接地保護由“100%STATOR GROUND”元件實現，其動作判據由以下3個動作方程構成。

同時滿足式（1），（2），（3）后，“100%STATOR GROUND”組件動作，即可判斷為發電機定子繞組中性點側發生接地。

1.4 過激磁保護動作分析

過激磁保護用電壓源取自發電機機端匝間保護專用TV，TV的一次側中性點與發電機中性點相連。G60保護裝置過激磁保護取用的電壓為相

G60發電機過激磁保護由VOLT PER HERTZ 1和VOLT PER HERTZ 2兩個元件組成。VOLT PER HERTZ 1的啟動值為1.05pu（二次值1.05× 57.7＝60.585 V），延時0.5 s告警。VOLT PER HERTZ 2的啟動值為1.07pu（二次值1.07×57.7＝61.739 V），經過反時限曲線INVERSE A延時動作跳閘。發生故障時C相電壓為72.85 V，大于過激磁保護1段和2段的整定值。因此，達到過激磁1段的動作延時，保護動作發信。達到過激磁2段的延時后，保護動作跳閘。從保護裝置采樣到的故障數據來看，過激磁保護動作正確。

2 故障原因查找

2.1 發電機內部故障

由圖1可以看出，機端TV三相電壓幅值基本相同，相位差為120°，為正常電壓波形。匝間保護專用TV三相電壓幅值相差很多，電壓相位也不平衡。如果發電機內部發生故障，機端TV電壓應該也會有所反映，但從圖1來看，機端TV電壓卻是正常的，據此判斷發電機內部發生故障的可能性不大。

2.2 TV二次回路故障

縱向零序過壓元件、三次諧波定子接地保護、過激磁保護電壓源都取自匝間保護專用TV，相關回路出問題的可能性比較大。匝間保護專用TV二次繞組的3個線電壓值正常，因此可以判斷，最有可能出問題的地方就是TV中性點與發電機中性點連接回路上。

對相關設備進行檢查，TV外觀未見異常，中性點與發電機中性點相連接的一次電纜在電壓互感器柜內接線良好。在對發電機中性點接地電阻箱進行檢查時，發現電壓互感器中性點一次電纜未與中性點電阻相連，發電機中性點一次電纜也未與中性點電阻相連，如圖2所示。經過詢問相關人員得知，機組檢修后進行發電機相關設備試驗過程中，將這兩個電纜接頭拆除，工作結束后未接回。

圖2 斷開點示意圖

TV中性點一次電纜未與發電機中性點電阻相連，導致TV中性點電壓偏移，造成A相二次電壓偏低，C相二次電壓偏高，產生自產零序電壓3U0。從而導致匝間保護用縱向零序過壓元件動作和過激磁保護動作。

3 改進建議

根據對以上3個保護動作的分析，提出了以下幾點建議：

（1）當匝間保護用TV二次側一相或兩相斷線時，自產零序電壓3U0有壓，開口三角零序電壓3U0無壓。如果TV斷線閉鎖邏輯沒有動作，自產零序電壓3U0將引起保護誤動作，開口三角零序電壓3U0不會引起保護誤動。為了減小誤動的概率，提高保護動作的可靠性，建議將縱向零序過壓元件電壓源由匝間保護專用TV的自產3U0改為開口三角繞組的3U0。

（2）當發電機中性點側三次諧波電壓回路斷線等原因造成G60保護裝置無法測量時，保護裝置應該能夠發出告警信號，并閉鎖三次諧波定子接地保護動作。但G60保護裝置無中性點側三次諧波電壓回路斷線報警功能，建議在保護內部邏輯中自定義監視中性點側三次諧波電壓回路斷線報警功能。

（3）G60發電機過激磁保護取用的電壓為相電壓，任一相滿足動作條件即跳閘。匝間保護專用TV中性點與發電機中性點連接電纜發生接地故障或開路故障時，過激磁保護有可能誤動作。當發電機由于甩負荷、勵磁調節失控等原因發生過激磁時，發電機三相機端電壓的U*/f*會同時增加。建議對于過激磁保護邏輯進行適當優化，例如當有兩相過激磁動作時，才啟動過激磁保護動作跳閘，以確保動作的正確性。

[1]國家電力調度通信中心組．發電機變壓器繼電保護應用[M]．北京：中國電力出版社，2005．

（本文編輯：楊勇）

Analysis on Tripping Accident of Over-excitation Protection for Generator

YAN Zhi-chao
（Jiaxing Power Generation Co.，Ltd，Pinghu Zhejiang 314201，China）

To deal with the tripping accident of the over-excitation protection during the startup of a 600 MW unit，this paper analyzes the actions of the longitudinal zero-sequence overvoltage element，third harmonic stator grounding protection and over-excitation protection according to the fault record and waveform of the protection device to identify the fault causes.Some proposals on improvement are presented through the analysis on the protection actions.

generator；zero-sequence overvoltage；third harmonic；over-excitation protection；analysis

TM774

：B

：1007-1881（2012）03-0050-03

2011-08-01

鄢志超（1981-），男，遼寧北寧人，工程師，從事發電廠繼電保護檢修工作。