一起機組并網(wǎng)過程中發(fā)電機負序過負荷故障分析

吉元濤，梁 剛，趙依欣，盧小琴

（中國長江電力股份有限公司白鶴灘電廠籌建處，四川 涼山615400）

1 引言

在發(fā)電機保護中，負序過負荷保護不僅反映發(fā)電機轉(zhuǎn)子表層過熱狀況，也反映負序電流引起的其他異常狀況。當(dāng)發(fā)電機三相負荷不對稱時，發(fā)電機定子繞組中就會產(chǎn)生負序電流。該負序電流產(chǎn)生與發(fā)電機同步轉(zhuǎn)速反方向旋轉(zhuǎn)的負序磁場，相對于轉(zhuǎn)子為兩倍同步轉(zhuǎn)速，因此在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)出100 Hz的倍頻電流，它會使轉(zhuǎn)子端部、護環(huán)內(nèi)表面等電流密度很大的部位過熱，造成轉(zhuǎn)子的局部灼傷。本文對發(fā)生在某大型水力發(fā)電站的一起發(fā)電機負序過負荷保護動作案例進行介紹并詳細地分析故障原因。

2 故障分析

2.1 故障簡介

2018 年11 月6 日07：50：49，某電站2F 機組并網(wǎng)加出力期間，監(jiān)控系統(tǒng)報“2F：發(fā)電機A 套負序過負荷報警動作、發(fā)電機B 套負序過負荷報警動作”，監(jiān)控系統(tǒng)2F C 相電流為0，其他電氣量無明顯異常。08：18：02，運行人員斷開2F GCB 開關(guān)，2F 停機。保護專業(yè)人員現(xiàn)場檢查保護裝置報文及故障錄波裝置發(fā)現(xiàn)：07：50：48，2F 發(fā)電機保護裝置A、B 套報“發(fā)電機負序過負荷信號”；07：51：08 報“機端TV 斷線、發(fā)電機負序過負荷信號”。2F 故障錄波裝置相應(yīng)時刻有錄波啟動。

2.2 發(fā)電機負序過負荷信號分析

發(fā)電機定時限負序過負荷保護邏輯（圖1），取機端、中性點負序電流的最小值作為定時限負序電流值，定時限負序電流定值為0.1 A，延時定值為5 s。查看錄波文件，發(fā)現(xiàn)本次事件2F 機端、中性點負序電流值一樣，后續(xù)分析均采用2F 機端負序電流作為負序過負荷保護負序電流值。

圖1 發(fā)電機保護裝置定時限負序過負荷保護邏輯

查看故障錄波相應(yīng)時段波形，07：50：41 左右（圖2），發(fā)電機機端負序電流值達到0.1 A，延時5 s后，發(fā)電機保護裝置報“發(fā)電機負序過負荷信號”。此時刻機端電流負序量以及時序分析結(jié)果滿足發(fā)電機負序過負荷報警邏輯，2F 發(fā)電機A、B 套保護裝置正確動作，報“發(fā)電機負序過負荷信號”。

07：56：13 左右（圖3），發(fā)電機機端電流負序電流值降低至0.1 A 以下，“發(fā)電機負序過負荷信號”復(fù)歸，該時刻與發(fā)電機保護裝置報警復(fù)歸時刻相符。

圖2 07：50：41 故障錄波-機端負序電流

圖3 07：56：13 故障錄波-機端負序電流

發(fā)電機反時限負序過負荷信號邏輯（圖4），反時限負序過負荷保護由3 部分組成：①下限啟動，②反時限部分，③上限定時限部分。上限定時限部分設(shè)最小動作時間定值。

圖4 發(fā)電機保護裝置反時限負序過負荷保護邏輯

反時限保護動作方程：

式中，I2為發(fā)電機負序電流，Iezd為發(fā)電機額定電流二次值，I2szd為發(fā)電機長期運行允許負序電流（標(biāo)幺值），A為轉(zhuǎn)子負序發(fā)熱常數(shù)。

整個事件過程中，發(fā)電機機端電流負序電流最大值為0.196 A。

根據(jù)反時限保護動作方程，計算出負序電流值為0.196 A 時，反時限負序過負荷動作延時t最小值為878.32 s。本次事件機端電流負序電流大于0.1 A的持續(xù)時間約360 s 左右，該時間未能達到反時限負序過負荷保護動作定值，故2F 發(fā)電機保護A、B套反時限負序過負荷保護均未動作。

2.3 機端TV 斷線

發(fā)電機保護裝置TV 斷線判據(jù)：

正序電壓小于18 V，且任一相電流大于0.04In；

負序電壓3U2大于8 V。

滿足以上任一條件延時10 s 發(fā)相應(yīng)TV 斷線報警信號，異常消失，延時10 s 后信號自動返回。

07：50：56 左右（圖5），發(fā)電機機端電壓負序值U2達到2.678 V，并持續(xù)增大，此時負序電壓3U2大于8 V，滿足TV 斷線判據(jù)，延時10 s 后，報“機端TV 斷線”。

圖5 07：50：57 故障錄波-機端負序電壓

07：52：22 左右（圖6），發(fā)電機機端電壓負序值U2降低至2.666 V，并持續(xù)降低，此時負序電壓3U2小于8 V，延時10 s 后，“機端TV 斷線”信號復(fù)歸。

圖6 07：52：22 故障錄波-機端負序電壓

2.4 機組故障錄波分析

通過對2F 機組故障錄波裝置各時段波形的分析，得出運行工況統(tǒng)計表見表1。

2.5 故障點分析

由以上可知，2F 發(fā)電機保護裝置A、B 套報文與監(jiān)控系統(tǒng)事件一致，且與機組故障錄波裝置所記錄的波形相符。2F 機組中性點至主變低壓側(cè)之間C 相電流值為0，且零序電流、電壓值均為0，排除接地故障可能，僅由不平衡電流、電壓產(chǎn)生負序電流、負序電壓，由此可見從2F 機組中性點至主變低壓側(cè)之間的一次設(shè)備C 相存在斷點。經(jīng)過電廠人員對一次設(shè)備進行檢查，發(fā)現(xiàn)2F GCB 出口隔離刀閘C相傳動連桿脫落，造成2F 機組非全相運行，發(fā)電機負序過負荷動作告警。

表1 機組故障時刻運行工況統(tǒng)計表

3 結(jié)論

本文通過對機組并網(wǎng)中發(fā)電機負序過負荷動作后故障分析，介紹了繼電保護動作后故障分析的方法，從機組監(jiān)控事件、保護裝置動作信號出發(fā)，分析故障波形，提取故障參數(shù)，結(jié)合保護邏輯圖分析繼電保護動作正確性，最終查找故障點。為以后處理類似故障提供了參考經(jīng)驗。