發電機組繼電保護外部電氣回路故障原因分析

摘要：本文針對某發電廠2號、4號機組TSI-ETS突報“發電機故障停機”信號，4號機組跳閘事故為例，進行了發電機組繼電保護外部電氣回路故障原因分析。針對本起事故，發電廠采取了相關的補救措施。要求電廠繼電保護人員不斷學習，提高自身素質，以減少因人為因素以及檢修原因發生保護誤動作的情況，提高繼電保護可靠性，保障電廠安全穩定運行。

關鍵詞：發電機；事故；發變組；保護裝置；整定原則

中圖分類號：TM77文獻標識碼：A

發電機組繼電保護和安全自動裝置是在發電機組發生故障和不正常運行情況時，快速切除故障、消除不正常狀況的重要自動化技術手段和設備。繼電保護裝置的可靠性、穩定性和靈敏性是對發電機組繼電保護裝置最基本的要求。繼電保護裝置一旦發生誤動作或拒動作都會給發電機組的穩定、可靠運行帶來危害，如何快速分析動作原因并及時處理、恢復正常生產，對發電廠的安全、穩定、經濟運行具有重大意義。

1事故的發生

2011-01-01，某發電廠2號、4號機組TSI-ETS突報“發電機故障停機”信號，4號機組跳閘。經檢查，11：00：56.245，4號機A、B保護柜報“發電機匝間靈敏段動作”，出口斷路器、勵磁斷路器跳閘，汽輪機主汽門關閉。

2 發變組保護裝置概況

2.1保護裝置配置

發電廠發電機變壓器組保護裝置采用南京南自電網控制技術有限責任公司ND3000系列數字式發電機保護裝置系列微機雙套保護，其中NDG300裝置集成了1臺發電機的全部電氣量保護，NDT311裝置集成了主變壓器、高壓廠用變壓器（包括分支過流）及勵磁變壓器的全部電氣量的單套保護。NDL300裝置集成了失靈保護，NDSBT301集成了1臺主變壓器及高壓廠用變壓器的全部非電氣量保護。其中，A保護柜及B保護柜相同配置的NDG300、NDT311裝置構成了發變組雙套主保護、雙套后備保護，保護出口分別動作于主變壓器高壓側斷路器的2個跳閘線圈。

2.2保護原理及保護整定原則

發電機匝間保護采用縱向零序電壓保護原理。采用裝設在發電機出口專用TV開口三角的縱向零序電壓值，作為發電機定子繞組匝間短路的保護參數。

由于保護采用了頻率跟蹤、數字濾波及全周傅氏算法等技術，使得零序電壓對三次諧波的濾除比達100以上，保護只反應基波分量。對于匝間保護次靈敏段，按躲過區外故障最大不平衡電壓整定。匝間保護靈敏段，裝置采用電流比率制動的縱向零序電壓保護原理，其動作方程為：

U0z＞（1+KzIm/Ie）U0zd，（1）

式中：

U0z-實際動作電壓；

Kz-匝間靈敏段制動系數；

Im-實際測量電流；

Ie-發電機后備保護TA額定電流；

U0zd-匝間靈敏段電壓門檻。

公式（1）中，當Imax＜Ie時，Im=3I2；當Imax≥Ie時，Im=（Imax-Ie）+3I2。其中，Imax為最大相電流；I2為負序電流。

由于采用了電流比率制動的判據，零序電壓定值只需按躲過正常運行時最大不平衡電壓整定，因此提高了發電機內部匝間短路時保護的靈敏度。匝間保護一般經短延時（0.10～0.20s）出口。

2.3縱向零序電壓保護出口邏輯

縱向零序電壓保護出口邏輯見圖1。

圖1 縱向零序電壓保護出口邏輯

當發電機匝間保護專用TV斷線時，需閉鎖定子匝間縱向零序電壓保護。閉鎖判據：機端TV負序電壓小于8V；機端TV、匝間專用TV電壓差大于定值（電壓平衡繼電器）。

滿足以上條件閉鎖縱向零序電壓匝間保護，并延時10s發故障跳閘信號。

3事故原因分析

3.1現場檢查及處理情況

1）檢查發電機一次、二次系統

首先對發電機一次系統進行檢查。測定發電機絕緣電阻以及吸收比結果合格，測量發電機定子繞組線圈直流電阻值合格。排除了一次系統故障的可能性。同時檢查發電機保護裝置和二次系統，未發現異常。發電機以0V起升壓，當發電機電壓升至10%UN時，發電機匝間靈敏段保護動作，動作電壓3.15V，跳滅磁斷路器。

2）檢查發電機出口TV二次回路

檢查發電機出口TV二次回路，用萬用表測量2TV開口三角形繞組電阻為0Ω；打開TV端子箱至保護間L621、V600線芯，測量2TV開口三角形繞組阻值為0Ω，校驗TV至保護間L621、V600接線正確；同時測量L621、V600絕緣電阻為500MΩ以上。2TV至TV柜頂部保險接線正確。從故障錄波曲線來看，發電機中性點曲線無波動，因此判斷發電機匝間短路故障的可能性不大。更換發電機專用TV，再次升發電機電壓至10%UN，發電機匝間靈敏段保護動作，動作電壓3.01V，跳滅磁斷路器。

使用在TV一次側加壓的辦法檢查TV二次回路，即使用調壓器在2TV的一次側加電壓，測量2TV開口三角電壓。在TV一次側加壓至400V并模擬一次回路斷相故障時，當測到L621w、V600時發現電壓不正確，打開L621w線芯，檢查無異常，重新接到端子，再升電壓，開口三角電壓為0V，因此判斷故障原因為L621w接觸不良。同時檢查發現2TV的W相二次回路插件存在接觸不良現象。

3．2 動作原因分析

匝間保護接線原理見圖2。

圖2 匝間保護接線原理

由于發電機出口2TV作為匝間保護專用TV，其中性點與發電機中性點N直接連接且不接地，因此有：Uun=UUN；Uvn=UVN；Uwn=UWN，互感器開口三角繞組輸出3U0=（UUN+3UVN+3UWN）/nTV。發電機內部故障使機端對中性點三相電壓不平衡，就一定會出現縱向基波零序電壓3U0。

經分析，本次發電機匝間靈敏段保護動作原因為：發電機匝間專用TV（2TV）的W相二次插件接觸不良和2TV的W相開口三角繞組至就地端子箱電纜芯L621u接觸不良，引起2TV開口三角二次側輸出較高的不平衡電壓，達到匝間保護整定值（3V），引起保護誤動作。相當于在L621u與V600之間串聯了1個接觸電阻，造成開口三角各繞組電壓不相同，產生不平衡電壓3U0，此時，匝間專用TV三相電壓差為0.1V，負序電壓為0.07V，不滿足TV電線閉鎖判據。因此，未能閉鎖匝間保護，使保護誤動作。

4 采取的措施

針對本起事故，電廠采取了以下措施：

（1）利用停機檢修機會對發電機TV二次回路和設備進行了詳細檢查，更換了接觸不良的設備和端子，特別是TV開口三角回路。

（2）利用停機檢修機會在其他機組的發