大藤峽水力發(fā)電廠發(fā)電機(jī)出口PT斷線動(dòng)作信號(hào)分析

周精明，程俊才，郝慧賢，陶太宏，張凌云

（廣西大藤峽水利樞紐開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，廣西 桂平 537226）

1 概述

電壓互感器（簡(jiǎn)稱PT）是將高電壓變成低電壓的一種電氣設(shè)備，主要分為電磁式電壓互感器和電容分壓式電壓互感器兩種。其中，電磁式電壓互感器的工作原理和變壓器類似，都是用來(lái)變換電壓。但是，變壓器變換電壓的目的是為了輸送電能，因此容量很大；而電壓互感器變換電壓則主要是用來(lái)給測(cè)量?jī)x表和繼電保護(hù)裝置供電，用來(lái)測(cè)量線路的電壓、功率和電能，或用來(lái)在線路發(fā)生故障時(shí)保護(hù)線路中的貴重設(shè)備、發(fā)電機(jī)和變壓器[1]。因此，當(dāng)電壓互感器無(wú)論一次還是二次回路出現(xiàn)故障，都將給整個(gè)二次系統(tǒng)帶來(lái)嚴(yán)重影響[2]。本文基于大藤峽水力發(fā)電廠7號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)出口PT斷線的實(shí)際案例，對(duì)機(jī)組計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)速器系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)的動(dòng)作信號(hào)進(jìn)行了原因分析，為機(jī)組運(yùn)行維護(hù)提供參考依據(jù)。

2 發(fā)電機(jī)出口PT簡(jiǎn)介

大藤峽水力發(fā)電廠7號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)出口共有3組電壓互感器（PT1、PT2、PT3），其中PT1的繞組Ⅰ供機(jī)組出口電能表使用，繞組Ⅱ及開(kāi)口三角繞組供發(fā)電機(jī)A套保護(hù)、機(jī)組故障錄波裝置使用；PT2的繞組Ⅰ供勵(lì)磁Ⅰ路使用，繞組Ⅱ及開(kāi)口三角繞組供發(fā)電機(jī)B套保護(hù)使用；PT3的繞組Ⅰ供勵(lì)磁Ⅱ路使用，繞組Ⅱ供機(jī)組測(cè)量、同期、調(diào)速器使用，繞組Ⅲ供機(jī)組PMU使用。7號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)出口PT接線示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 7號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)出口PT接線示意圖

按照設(shè)計(jì)規(guī)范，發(fā)電機(jī)出口PT柜柜面設(shè)置有“互感器投入/退出”切換把手。當(dāng)“互感器投入/退入”切換把手在“退出”位時(shí)，相應(yīng)繼電器線圈得電，使串聯(lián)在PT二次電壓回路中的常閉接點(diǎn)斷開(kāi)，進(jìn)而切斷PT二次電壓回路（只有PT1的繞組Ⅰ未串入常閉接點(diǎn)）。

3 事件經(jīng)過(guò)

某日，大藤峽水力發(fā)電廠220 kV系統(tǒng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ母合環(huán)運(yùn)行，7號(hào)主變?cè)谶\(yùn)行態(tài)，7號(hào)機(jī)組在發(fā)電態(tài)。7號(hào)機(jī)組運(yùn)行水頭為18.33 m，帶有功負(fù)荷為130 MW，無(wú)功負(fù)荷為33 MW，一次調(diào)頻功能投入。7號(hào)機(jī)組勵(lì)磁電流為1 530 A，勵(lì)磁電壓為238 V，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為A通道自動(dòng)方式運(yùn)行。7號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)A、B套保護(hù)裝置正常投入。

17：24：06.771，監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)簡(jiǎn)報(bào)窗口報(bào)“7號(hào)機(jī)組：勵(lì)磁系統(tǒng)PT故障動(dòng)作”，同一時(shí)間報(bào)“7號(hào)機(jī)組：勵(lì)磁系統(tǒng)自動(dòng)方式復(fù)歸”、“7號(hào)機(jī)組：勵(lì)磁系統(tǒng)手動(dòng)方式動(dòng)作”、“7號(hào)機(jī)組：一次調(diào)頻動(dòng)作”，此時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)7號(hào)機(jī)組單元監(jiān)視畫(huà)面中出口電壓、有功功率、無(wú)功功率、機(jī)組出口頻率顯示為0，交采表畫(huà)面中機(jī)組出口相電壓、線電壓、頻率顯示為0。

17：24：06.772，監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)簡(jiǎn)報(bào)窗口報(bào)“7號(hào)機(jī)組：故障錄波裝置錄波啟動(dòng)動(dòng)作”，同一時(shí)間報(bào)“7號(hào)機(jī)組：出口PT柜電壓互感器二次側(cè)投入復(fù)歸”、“7號(hào)機(jī)組:勵(lì)磁系統(tǒng)滿足開(kāi)機(jī)條件復(fù)歸”。

17：24：06.867監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)簡(jiǎn)報(bào)窗口報(bào)“7號(hào)機(jī)組：調(diào)速器A套一般故障動(dòng)作”，同一時(shí)間報(bào)“7號(hào)機(jī)組：調(diào)速器B套一般故障動(dòng)作”、“導(dǎo)葉全開(kāi)動(dòng)作”。

17：24：16.711監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)簡(jiǎn)報(bào)窗口報(bào)“7號(hào)機(jī)組：發(fā)電機(jī)A套保護(hù)裝置裝置報(bào)警動(dòng)作”，同一時(shí)間報(bào)“7號(hào)機(jī)組：發(fā)電機(jī)A套保護(hù)裝置裝置PT斷線動(dòng)作”、“7號(hào)機(jī)組：發(fā)電機(jī)B套保護(hù)裝置裝置報(bào)警動(dòng)作”、“7號(hào)機(jī)組：發(fā)電機(jī)B套保護(hù)裝置裝置PT斷線動(dòng)作”；7號(hào)機(jī)組PT斷線期間，監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)簡(jiǎn)報(bào)窗口一次調(diào)頻動(dòng)作/復(fù)歸信號(hào)刷屏。

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)7號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)出口PT柜柜面“互感器投入/退出”切換把手在“退出”位，將發(fā)電機(jī)出口PT柜柜面“互感器投入/退出”切換把手從“退出”位切換至“投入”位后，相關(guān)動(dòng)作信號(hào)復(fù)歸，7號(hào)機(jī)組運(yùn)行無(wú)異常。

4 動(dòng)作信號(hào)分析

4.1 計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)動(dòng)作信號(hào)分析

（1）監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)“7號(hào)機(jī)組：發(fā)電態(tài)復(fù)歸”、“7號(hào)機(jī)組：不定態(tài)動(dòng)作”

7號(hào)機(jī)組發(fā)電態(tài)的判斷條件為907開(kāi)關(guān)在合位、轉(zhuǎn)速＞95%ne、機(jī)端電壓＞80%Ue和導(dǎo)葉開(kāi)度空載以上4個(gè)條件“與邏輯”的集合。此時(shí)由于7號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)出口PT控制方式為退出，故7號(hào)機(jī)組出口三相電壓均為0，不滿足機(jī)端電壓＞80%Ue，故7號(hào)機(jī)組由發(fā)電態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴欢☉B(tài)。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)“7號(hào)機(jī)組不可調(diào)動(dòng)作，有功調(diào)節(jié)退出動(dòng)作”、“7號(hào)機(jī)組不可調(diào)動(dòng)作，無(wú)功調(diào)節(jié)退出動(dòng)作”、“7號(hào)機(jī)組：有功可調(diào)復(fù)歸”、“7號(hào)機(jī)組：無(wú)功可調(diào)復(fù)歸”

PID調(diào)節(jié)在程序中的判斷條件為當(dāng)機(jī)組在發(fā)電態(tài)、調(diào)速器在自動(dòng)方式時(shí)，機(jī)組有功可調(diào)；機(jī)組在發(fā)電態(tài)或調(diào)相態(tài)、勵(lì)磁系統(tǒng)在自動(dòng)方式時(shí)，機(jī)組無(wú)功可調(diào)。由于此時(shí)7號(hào)機(jī)組在不定態(tài)，因此，有功和無(wú)功均不可調(diào)節(jié)。當(dāng)有功不可調(diào)時(shí)，有功調(diào)節(jié)便會(huì)退出，無(wú)功調(diào)節(jié)退出同理。

（3）監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)“7號(hào)機(jī)組：7號(hào)機(jī)組LCU A4柜變送器頻率品質(zhì)壞”

由于廠內(nèi)變送器頻率取自發(fā)電機(jī)出口PT3的繞組Ⅱ，而發(fā)電機(jī)出口PT控制方式為退出，因此報(bào)品質(zhì)壞為正常現(xiàn)象。

4.2 調(diào)速器系統(tǒng)動(dòng)作信號(hào)分析

（1）監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)“7號(hào)機(jī)組：一次調(diào)頻動(dòng)作”、“導(dǎo)葉全開(kāi)動(dòng)作”

調(diào)速器系統(tǒng)殘壓測(cè)頻采集的電壓量取自發(fā)電機(jī)出口PT3的繞組Ⅱ，當(dāng)7號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)出口PT控制方式為退出時(shí)，調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)頻消失，但是調(diào)速系統(tǒng)的4路信號(hào)轉(zhuǎn)換器、測(cè)頻模塊及程序計(jì)算方法有延遲，導(dǎo)致程序計(jì)算出來(lái)的機(jī)頻遠(yuǎn)低于50 Hz，又因一次調(diào)頻功能投入，當(dāng)機(jī)頻不在50±0.05 Hz范圍內(nèi)時(shí)，一次調(diào)頻動(dòng)作，使導(dǎo)葉開(kāi)度在幾秒時(shí)間內(nèi)迅速增加到98%開(kāi)度左右（接力器導(dǎo)葉全開(kāi)行程開(kāi)關(guān)動(dòng)作），槳葉開(kāi)度跟隨當(dāng)時(shí)水頭下的協(xié)聯(lián)曲線增加到98%左右。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)“7號(hào)機(jī)組：調(diào)速器A套一般故障動(dòng)作”、“7號(hào)機(jī)組：調(diào)速器B套一般故障動(dòng)作”，一次調(diào)頻動(dòng)作/復(fù)歸信號(hào)刷屏

當(dāng)7號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)出口PT斷線，調(diào)速系統(tǒng)測(cè)頻程序在1 min內(nèi)未測(cè)得機(jī)組頻率脈沖時(shí)，電調(diào)柜狀態(tài)報(bào)警窗A/B套報(bào)機(jī)頻故障，機(jī)頻故障后切換齒盤(pán)測(cè)速為主用，同時(shí)上報(bào)給監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)速器A/B套一般故障，因齒盤(pán)間隙不均勻，調(diào)速系統(tǒng)齒盤(pán)測(cè)速是以每個(gè)齒盤(pán)的上升沿或下降沿來(lái)計(jì)算機(jī)組頻率，導(dǎo)致測(cè)得的機(jī)組頻率跳變很大，監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)一次調(diào)頻動(dòng)作/復(fù)歸信號(hào)刷屏，導(dǎo)葉開(kāi)度調(diào)整頻繁。因槳葉開(kāi)度死區(qū)為2%的開(kāi)度，所以槳葉開(kāi)度調(diào)整不頻繁。

（3）調(diào)速器系統(tǒng)輔助油泵啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)

7號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)出口PT斷線期間，因?qū)~頻繁動(dòng)作，所以調(diào)速器系統(tǒng)油壓消耗較快。輔助油泵功率小，打壓時(shí)間較長(zhǎng)，打壓時(shí)間為12 min 30 s左右。

4.3 勵(lì)磁系統(tǒng)動(dòng)作信號(hào)分析

7號(hào)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器A通道采集的機(jī)端電壓取自出口PT2的繞組Ⅰ，B、C通道采集的機(jī)端電壓取自發(fā)電機(jī)出口PT3的繞組Ⅰ。當(dāng)7號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)出口PT斷線，7號(hào)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器A、B、C 3個(gè)通道的機(jī)端電壓采集回路斷開(kāi)，無(wú)法對(duì)機(jī)端電壓進(jìn)行采集。

（1）監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)“7號(hào)機(jī)組：勵(lì)磁系統(tǒng)PT故障動(dòng)作”、“7號(hào)機(jī)組:勵(lì)磁系統(tǒng)自動(dòng)方式復(fù)歸”、“7號(hào)機(jī)組：勵(lì)磁系統(tǒng)手動(dòng)方式動(dòng)作”

勵(lì)磁系統(tǒng)PT故障有兩種情況：

1）三相機(jī)端電流平衡時(shí)，三相機(jī)端電壓不平衡；

2）當(dāng)勵(lì)磁電流＞20%Ie時(shí)，機(jī)端電壓＜5%Ue。

當(dāng)7號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)出口PT控制方式為退出時(shí)，7號(hào)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的A、B、C 3個(gè)通道采集的機(jī)端電壓為0 V，而機(jī)端電流正常采集，此情況符合條件2，故報(bào)PT故障信號(hào)，且通道狀態(tài)級(jí)別變?yōu)?，自動(dòng)將工作方式切換至手動(dòng)方式[3]。勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器通道狀態(tài)級(jí)別見(jiàn)表1。

表1 勵(lì)磁系統(tǒng)調(diào)節(jié)器通道狀態(tài)級(jí)別

（2）監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)“7號(hào)機(jī)組:勵(lì)磁系統(tǒng)滿足開(kāi)機(jī)條件復(fù)歸”

勵(lì)磁系統(tǒng)滿足開(kāi)機(jī)條件的判斷條件為：

1）控制方式在遠(yuǎn)方位；

2）勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)故障信號(hào)。

因?yàn)?號(hào)機(jī)組勵(lì)磁系統(tǒng)報(bào)A、B、C套“PT故障”信號(hào)，不滿足開(kāi)機(jī)條件，故勵(lì)磁系統(tǒng)“滿足開(kāi)機(jī)條件復(fù)歸”信號(hào)動(dòng)作。

4.4 繼電保護(hù)系統(tǒng)動(dòng)作信號(hào)分析

7號(hào)機(jī)組故障錄波裝置采集的機(jī)端電壓取自發(fā)電機(jī)出口PT1的繞組Ⅱ及開(kāi)口三角繞組，發(fā)電機(jī)A套保護(hù)裝置采集的機(jī)端電壓取自發(fā)電機(jī)出口PT1的繞組Ⅱ及開(kāi)口三角繞組，發(fā)電機(jī)B套保護(hù)裝置采集的機(jī)端電壓取自發(fā)電機(jī)出口PT2的繞組Ⅱ及開(kāi)口三角繞組。

（1）監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)“7號(hào)機(jī)組：故障錄波裝置錄波啟動(dòng)動(dòng)作”

7號(hào)機(jī)組故障錄波裝置的發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓相電壓突變定值為10 V、發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓相電壓下限定值為40 V、發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓正序突變定值為10 V，當(dāng)7號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)出口PT斷線（相電壓從57.75 V突變?yōu)? V），滿足上述啟動(dòng)故障錄波的定值。

（2）監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)“7號(hào)機(jī)組：發(fā)電機(jī)A套保護(hù)裝置裝置報(bào)警動(dòng)作”、“7號(hào)機(jī)組：發(fā)電機(jī)A套保護(hù)裝置裝置PT斷線動(dòng)作”、“7號(hào)機(jī)組：發(fā)電機(jī)B套保護(hù)裝置裝置報(bào)警動(dòng)作”、“7號(hào)機(jī)組：發(fā)電機(jī)B套保護(hù)裝置裝置PT斷線動(dòng)作”。

發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置報(bào)PT斷線信號(hào)的條件為：

1）正序電壓小于18 V，且任一相電流大于0.04In；

2）負(fù)序電壓3U2大于8 V。

當(dāng)機(jī)端PT滿足以上任一條件，延時(shí)10 s發(fā)相應(yīng)PT斷線報(bào)警信號(hào)，裝置面板上PT斷線紅燈點(diǎn)亮。異常消失，延時(shí)10 s后信號(hào)自動(dòng)返回，裝置面板上PT斷線紅燈熄滅。

當(dāng)7號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)出口PT斷線，滿足發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置報(bào)PT斷線信號(hào)的條件1，故發(fā)電機(jī)A、B套保護(hù)裝置延時(shí)10 s報(bào)PT斷線信號(hào)。

5 結(jié)論

綜上所述，當(dāng)7號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)出口PT斷線時(shí)，機(jī)組計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、調(diào)速器系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、繼電保護(hù)系統(tǒng)信號(hào)動(dòng)作正確。通過(guò)分析信號(hào)動(dòng)作的原因，為水力發(fā)電廠運(yùn)行維護(hù)人員根據(jù)具體的動(dòng)作信號(hào)快速判斷故障原因提供了參考，最大程度地保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。