一起機組并網過程中發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

在發電機保護中，負序過負荷保護不僅反映發電機轉子表層過熱狀況，也反映負序電流引起的其他異常狀況。當發電機三相負荷不對稱時，發電機定子繞組中就會產生負序電流。該負序電流產生與發電機同步轉速反方向旋轉的負序磁場，相對于轉子為兩倍同步轉速，因此在轉子中感應出100 Hz的倍頻電流，它會使轉子端部、護環內表面等電流密度很大的部位過熱，造成轉子的局部灼傷。本文對發生在某大型水力發電站的一起發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 機組并網加出力期間，監控系統報“2F：發電機A 套負序過負荷報警動作、發電機B 套負序過負荷報警動作”，監控系統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，2F 停機。保護專業人員現場檢查保護裝置報文及故障錄波裝置發現：07：50：48，2F 發電機保護裝置A、B 套報“發電機負序過負荷信號”；07：51：08 報“機端TV 斷線、發電機負序過負荷信號”。2F 故障錄波裝置相應時刻有錄波啟動。

2.2 發電機負序過負荷信號分析

發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，發現本次事件2F 機端、中性點負序電流值一樣，后續分析均采用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

查看故障錄波相應時段波形，07：50：41 左右（圖2），發電機機端負序電流值達到0.1 A，延時5 s后，發電機保護裝置報“發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果滿足發電機負序過負荷報警邏輯，2F 發電機A、B 套保護裝置正確動作，報“發電機負序過負荷信號”。

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

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。上限定時限部分設最小動作時間定值。

圖4 發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為發電機負序電流，Iezd為發電機額定電流二次值，I2szd為發電機長期運行允許負序電流（標幺值），A為轉子負序發熱常數。

整個事件過程中，發電機機端電流負序電流最大值為0.196 A。

根據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

發電機保護裝置TV 斷線判據：

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 發相應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），發電機機端電壓負序值U2達到2.678 V，并持續增大，此時負序電壓3U2大于8 V，滿足TV 斷線判據，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），發電機機端電壓負序值U2降低至2.666 V，并持續降低，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，得出運行工況統計表見表1。

2.5 故障點分析

由以上可知，2F 發電機保護裝置A、B 套報文與監控系統事件一致，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之間的一次設備C 相存在斷點。經過電廠人員對一次設備進行檢查，發現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，發電機負序過負荷動作告警。

表1 機組故障時刻運行工況統計表

3 結論

本文通過對機組并網中發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，從機組監控事件、保護裝置動作信號出發，分析故障波形，提取故障參數，結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驗。