發電機負序電流異常增大的原因分析

黃婷婷

摘要：指出了負荷或系統的不對稱，引起負序電流流過發電機定子繞組，并在發電機空氣隙中建立負序旋轉磁場，使轉子感應出兩倍頻率的電流，引起轉子發熱。大型機組的熱容量裕度一般較小，所以要特別強調對大型發電機的負序電流的監視。詳細分析了在機組正常運行中由于二次回路設備的異常引起監視畫面負序電流突然的增大的原因。

關鍵詞：負序電流；異常；增大

中圖分類號：TM371

文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2016）20-0115-03

1 引言

發電機在正常運行時發出的是三相對稱的正序電流。發電機轉子的旋轉方向和旋轉速度與三相正序對稱電流所形成的正向旋轉磁場的轉向和轉速一致，即轉子的轉動與正序旋轉磁場之間無相對運動，也稱為同步。當電力系統發生不對稱短路或者負荷三相不對稱時，在發電機定子繞組中就流過負序電流，該負序電流在發電機氣隙中產生反向的旋轉磁場相對于轉子來說為2倍的同步轉速，在轉子中就會感應出100 Hz的電流，該電流主要部分流經轉子本體、槽契和阻尼條，在轉子端部附近沿周界方向形成閉合回路，這就使得轉子端部、護環內表面、槽契和小齒接觸面等部位局部灼傷，同時負序（反向）氣隙旋轉磁場與轉子電流之間，正序（正向）氣隙旋轉磁場與定子負序電流之間所產生的振動頻率為100 Hz。鑒于以上原因，發電機應裝設負序電流保護并在畫面實時監視，遇到異常緊急情況，運行人員立即采取措施保證發電機安全穩定運行。

2 發電機負序電流產生的原因

一般穩態負序電流在發電機定子中存在時間較長，而暫態負序電流在定子中存在時間相對較短，這是由產生原因而定。

（1）由于輸配電及供電系統電網結構不合理，或有大容量的單相負載，使系統三相負載不平衡，造成發電機不對稱運行，這種情況產生的負序電流可能在定子中較長時間存在。

（2）因系統內或發電機本身產生不對稱性短路故障，如輸電線路單相接地、兩相短路、發電機定子匝間、相間短路等產生的負序電流，存在時間較短。

（3）系統發生非全相運行，如帶有單相重合閘的輸電線路，或發電機并（解）時，出口斷路器發生非全相合（斷），這時負序電流的存在時間久定的作用。

2016年3月18日14：10，某電廠2號機監盤人員發現2號發電機負序電流由186 A快速升至386 A，最大短時上升至414 A。負序電流變化前后發電機有、無功沒有變化（P=660MW，Q=177 MWar）。靜子電流A相由19447 A降至19301 A，B相由19499 A升至19669 A，C相由19492 A升至19639 A。

3 負序電流突然增大的原因分析

結合此電廠實際，其監視畫面電流突然增大的原因主要有以下幾點：①500 kV系統不對稱負載；②廠用電或勵磁系統缺相運行；③發電機CT及測量回路故障；④機組內部故障。針對上述可能的原因，對引起負序電流變化的參數及設備進行檢查、分析：

3.1 負序電流變化后，500 kV系統各開關情況。

由表1可以看出，500 kV兩條出線負載三相基本平衡，可以排除因系統不對稱負載造成的負序電流突變。

3.2 檢查設備

對發電機、廠用電、勵磁系統及主變等設備進行檢查，未發現發熱、放電及異常現象，發電機各部溫度正常。

3.3 發電機振動

聯系熱控人員，調取SIS記錄，從趨勢曲線中可以看出發電機在負序電流變化前、后，發電機兩端振動基本無變化。

3.4 綜合參數分析

綜合以上各參數分數，初步判斷負序電流產生的原因為發電機CT或測量回路存在異常。于是，繼保人員對2號發電機機端、中性點電流回路進行了通流檢查工作，電流回路未發現異常，懷疑負序電流變送器輸出存在問題，拆下該負序電流變送器，對其進行校驗分析。檢查結果如下。

3.4.1 2號發電機機負序電流變送器參數

型號JA977412-A3輸入：0～5 A，輸入相：A、C相，25000/5 A，輸出4～20 mA負序電流范圍0～0.5 A（二次值）對應一次電流值為0～2500 A，檢查DCS量程設置正確：輸出4～20 mA對應0～2500 A。

3.4.2 2號發電機負序電流變送器投運前校驗情況

由于變送器的輸出最大為0.5A（折算成一次值2500A）負序電流，電測標準室校驗時，通入變送器的電流最大0.5A的A、C相電流（按負序角度通入），從0.1～0.5 A，從校驗結果來看（圖1），5個點都是合格的。

3.4.3 本次臨檢（停機）2號發電機負序電流變送器的檢驗情況

本次停機模擬正常運行時變送器的輸入、輸出情況進行檢查，圖2是輸入1～5 A正序電流時變送器的輸出結果。

從圖2可以看出，當輸入1～5 A（二次電流，正序值，負序分量為0），此時變送器的輸出應該是4 mA，上圖中的1～5 A的5個點沒有一個是合格的。以第三個點為例，二次電流值為3 A，折到一次側為15000 A，輸出為4.793827 mA，對應DCS負序電流顯示為156.25×4.793827-625=124 A。也就是說，假如發電機三相電流都為15000 A，且角度對稱，這時發電機沒有負序電流。但該負序電流變送器仍有124 A的負序電流輸出。這就是問題所在：該負序電流變送器內部的負序電流濾過器并未完全濾除輸入量中的正序分量，導致在輸入正序分量時，負序濾過器輸出端仍有輸出（正序分量）。

3.4.4 關于負序電流變送器的校驗問題

查閱資料，關于負序電流變送器并沒有專門的校驗規程，詢問省內等單位同行，和我廠校驗方法基本相同，按負序電流變送器的輸出量程通入輸入電流，取負序角度通入，分別取5個點，校驗每個點的誤差，從而校驗負序電流變送器的準確性，這樣校驗和實際運行工況還是有很大的差別，最起碼這次小修按這種方法并沒有發現負序電流變送器的問題，所以校驗工作還應結合現場的實際運行情況，這在我們今后的工作中要加以改進。

3.5 解決措施

（1）更換負序電流變送器；

（2）完善負序電流變送器的校驗方法：除了按常規校驗方法取輸出量程對應的輸入量，而且還要模擬正常工況輸入正序電流和輸入三相不對稱電流來驗證負序電流濾過器的可靠性；

（3）舉一反三，梳理全廠序分量變送器，按校驗計劃安排重新校驗。

4 負序電流增大異常處理（機組運行）

機組運行中負序電流異常現象發生后，為防止異常原因未明確或異常繼續發展造成的設備事故，一方面進一步查找負序電流變化的原因，另一方面根據負序電流可能出現的原因要求運行中采取以下應對措施：

（1）要求運行人員及點檢、維護人員加強對發變組、勵磁系統、升壓站等相關設備的檢查，特別注意有無放電、發熱或異常聲響。要求保護人員對發電機回路CT及測量回路開展細致排查，盡快判斷異常發生位置。

（2）對廠用電系統及各主要輔機參數密切跟蹤分析，若負序電流由廠用電系統、勵磁系統或主要輔機缺相運行引起，應及時停役對應輔機、系統甚至機組。

（3）對500 kV系統參數密切跟蹤分析，若發電機負序電流由500 kV系統異常引起，應立即檢查運行中的機組負序電流情況并匯報調度核實系統運行情況，請求調度處理。若線路存在非全相運行工況時，應匯報調度，拉開非全相運行的線路開關，以保證發電機安全運行。

（4）要求運行人員監盤期間，將發電機負序電流值調入監視大屏作為主參數隨時監視，每小時抄錄負序電流值并進行對比。如發現負序電流上漲，應立即與發電機靜子電流、發電機振動、發電機各部溫度及500 kV系統運行參數等值進行比較分析，及時發現異常參數的關聯度。

（5）加強對發電機各部溫度變化的監視分析，如有異常升高，及時判明原因并調整。特別要注意在發電機定冷水進水溫度及進風溫度一定的情況下，發電機各部出水溫度、出風溫度、端部及鐵芯溫度的升高情況，以此判明發電機一次部分是否存在異常。

（6）如負序電流增長較快，且發電機振動同步增大，發電機各部溫度同步上升時，應立即匯報公司及部門領導，降低發電機有、無功負荷，降低負序電流。如負序電流及相關參數繼續上升時，應立即匯報公司領導停機。

（7）發電機長期穩定運行其負序電流不得大于額定值的8%，當負序電流達10.5%額定電流值時，負序電流監測儀將報警。如果負序電流達到10.61 %額定電流值時，負序電流保護反時限保護（轉子表面過負荷保護）將啟動，延時將機組與系統解列，按事故停機處理。

5 結語

負序電流除對發電機和電動機影響外，還對變壓器、輸電線路、機電保護等造成影響。負序電流會造成變壓器一相電流大，另兩相電流小，達不到額定容量，同時還會造成損耗增大；負序電流在輸電線上傳輸，實際上負序功率并不做功，但造成了電能損失，降低了輸電線輸送能力；負序電流增大可能會引起網絡中以負序分量啟動的繼電保護裝置誤動作。因此，為防止危害的發生，運行監盤人員應該時刻關注其變化，遇到異常情況應該立即采取措施確定是真正意義上的負序還是測量回路原因顯示的異常，查明故障點后根據實際情況及時采取應對措施，保證設備和人生安全，保證輸電線路及電網安全穩定運行。

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