一起發(fā)電機保護裝置注入低頻電源異常報警事件原因分析和處理

摘 要：基于一起發(fā)電機保護裝置注入低頻電源異常報警事件展開闡述，目的在于分析報警原因并提出處理方案。通過現場檢查、數據分析與實驗驗證相結合的方式來進行研究，結果表明，報警由注入電源裝置內部故障引起，具體為帶通濾波回路電感灼燒短路，導致輸出電流降低；同時，注入式接地保護測量電阻一次值存在偏差，與定值設置不合理有關。最后得出結論，提出加強運行監(jiān)視、補充現場測試實驗及專業(yè)人員數據分析對比的建議，以確保發(fā)電機組穩(wěn)定運行。

關鍵詞：注入低頻電源；測量電阻；動態(tài)實驗

中圖分類號：TM312" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1671-0797（2025）07-0071-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2025.07.018

0" " 引言

某電廠共裝6臺混流式水輪發(fā)電機組，每臺機組容量為700 MW，發(fā)電機出口電壓為18 kV，額定電流為24 948 A，發(fā)電機中性點采用經接地變接地方式，發(fā)電機出口配置出口斷路器。發(fā)電機設備配置兩套南瑞繼保RCS-985GW型發(fā)電機保護，其中定子接地保護按照雙套冗余配置，A套為注入式低頻電源定子接地保護，B套為基波+三次諧波定子接地保護，保護范圍為發(fā)電機100%定子繞組，主要反映發(fā)電機定子單相接地故障。其中注入式低頻電源裝置采用南瑞繼保RCS-985U電源裝置，輸出20 Hz、26 V方波電壓，通過發(fā)電機中性點接地變繞組回路注入發(fā)電機定子繞組，構成注入式定子接地保護，正常運行時用于檢測發(fā)電機定子接地繞組接地絕緣情況，發(fā)電機定子單相接地故障時用于快速動作切除故障。

1" " 報警現象

2021年4月24日08：36：10至11：56：08，2號機組運行過程中頻報“2號發(fā)電機保護A套裝置故障（復歸）”，現地檢查發(fā)電機保護裝置報文為“注入低頻電源異常”報警，后該報警信號自動復歸，各參數恢復至正常。報警時保護裝置顯示低頻電壓0.082 V，低頻電流1.16 mA，正常運行機組低頻電壓、電流應約為0.44 V、5.00 mA。

同時，“注入低頻電源異常”報警信號自動復歸后，進一步檢查發(fā)現機組發(fā)電態(tài)時注入低頻回路測量電阻一次值約為9 kΩ，與其他同類機組測量值（約24 kΩ）相比差值較大，停機狀態(tài)下測量電阻一次值恢復至24 kΩ左右。

2" " 報警邏輯及原因分析

2.1" " 注入低頻電源異常報警邏輯及原因分析

注入低頻電源異常報警邏輯為：當ULF0（UG0經數字濾波后的20 Hz低頻電壓）和ILF0（IG0經數字濾波后的20 Hz低頻電流）中的任一個低于各自的定值時，認為定子接地保護外加電源回路故障，閉鎖保護出口并發(fā)出注入低頻電源異常報警信號。

外加電源回路故障報警判據如下：

ULF0＜ULF0set或ILF0＜ILF0set

式中：ULF0set、ILF0set整定值分別為0.07 V、2.28 mA。

當ULF0和ILF0中的任一個低于報警定值時，報外加電源回路故障。

4月24日報警時注入低頻電流值為1.16 mA，小于報警定值，符合裝置報警邏輯。注入式電源回路（圖1）主要由裝置方波電源、帶通濾波器、分壓電阻以及接地變二次側電阻組成，根據注入低頻電流計算公式I=｛E/[-jRnXc/（Rn-jXc）+Ri]｝·Rn/（Rn-jXc）（I為20 Hz電流，E為外加頻率20 Hz電壓，Ri為20 Hz電源內阻，Rn為接地變副邊電阻，Xc為發(fā)電機三相對地容抗），定性分析報警可能原因如下：

1）接地變側繞組阻值Rn變化影響。當接地變二次側電阻數值增大或減小只影響注入低頻電流大小，裝置報警時20 Hz電壓、電流均減小，根據故障現象可以排除為外部回路所致。

2）接地變回路分壓電阻變化影響。當裝置內部分壓電阻回路阻值增大或減小只影響低頻電壓采集數值大小。

3）方波電源E、帶通濾波器回路Ri發(fā)生變化會導致裝置輸出低頻電壓回路（B14、A2輸出接點）方波電源電壓數值異常，進而同時影響低頻電壓、電流采樣。

綜合判斷，報警時注入電源裝置內部故障概率較大[1]。

2.2" " 發(fā)電態(tài)下測量電阻一次值跳閘邏輯及數據偏低分析

注入低頻電源異常報警時同時發(fā)現測量電阻一次值偏低，針對該情況進行分析，定子接地電阻跳閘邏輯為：接地電阻（測量電阻一次值）判據反映發(fā)電機定子繞組接地電阻的大小，設有兩段接地電阻定值，高定值段作用于報警，低定值段作用于延時跳閘，延時可分別整定。報警判據為：RE＜REsetL和RE＜REsetH（RE為發(fā)電機定子繞組接地電阻，REsetH和REsetL分別為發(fā)電機定子繞組接地電阻的高、低定值）。接地電阻低定值段經安全接地電流閉鎖，即只有當接地故障電流超過安全電流時，才允許接地電阻跳閘判據動作。其判據為：IG0＞ISAFEamp;RE＜REsetL。

2號發(fā)電機保護外加電源定子接地保護定值中，測量電阻報警定值3.2 kΩ（延時1 s），測量電阻跳閘定值1.6 kΩ（延時0.5 s），安全接地電流定值0.01 A，同時滿足測量電阻小于1.6 kΩ、接地電流大于0.01 A、測量電阻跳閘投入及硬壓板投入，定子接地保護才動作。

目前發(fā)電態(tài)下注入式接地保護顯示測量一次側電阻約為9 kΩ，原因分析如下。

2.2.1" " 發(fā)電機問題排查

1）查看并對比報警時間段內發(fā)電機保護A/B套、錄波器、保信子站等發(fā)電機電氣量參數數據，發(fā)電機運行過程中出口三相電壓、電流、零序電壓和電流數據均未發(fā)現異常，三相電壓相位、幅值正常，無突變，三相電流幅值均衡、相位正確，零序電壓、電流數據均在正常不平衡范圍內，無突變。

2）查看2號發(fā)電機局放數據：2號機大修后，2020年7月17日至2021年5月3日曲線整體趨勢比較平穩(wěn)，個別數據突變判斷為機組振動、溫度等因素引起，屬于正常現象，其他未發(fā)現異常情況。

3）利用停機對發(fā)電機定子線棒、接地變、出口設備等一次設備進行專項外觀檢查，均未發(fā)現異常。

綜合以上檢查分析，初步判斷發(fā)電機無明顯故障特征，本體存在接地可能性較小。

2.2.2" " 注入式接地保護裝置問題排查

對注入式接地保護測量數據進行分析對比，發(fā)現發(fā)電態(tài)下補償后相角最大為279.1°（表1），與正常補償相角272°～273°偏差較大。試驗數據顯示，在274°補償角度下，模擬10.98 kΩ電阻接地，實測電阻平均值為9.297 kΩ，偏差-15.3%，當補償角為279.1°時，測量模型誤差會顯著增大。因此可判斷當前補償角度定值下會引起較大電阻測量偏差。

查詢2020年2號發(fā)電機定子線棒更換檢修前后及投運至今歷史數據發(fā)現，檢修前數據正常，根據Re=RE/k（Re為測量電阻二次值，RE為發(fā)電機定子繞組接地電阻，k為電阻折算系數）理論計算值測量定子一次值約為19 kΩ。檢修后測量一次電阻值換算后在7～10 kΩ，調取相關試驗單位對注入式定子接地保護參數測試試驗報告發(fā)現，參數測試僅開展靜態(tài)情況下補償角度測試，定值設置為345°，補償后角度為272.7°～273.0°，未根據南瑞繼保《RCS-985U發(fā)電機入式定子接地保護技術和使用說明書》第7.5條要求開展動態(tài)情況下補償角度校核，動態(tài)情況下補償角度定值345°是否合適無試驗數據支撐[2]。

2.2.3" " 注入式接地保護低頻電源異常和測量電阻偏低關聯(lián)性分析

注入低頻電源異常報警主要是反映注入電源裝置內部異常，當報警時會直接影響注入式各參數測量精度，注入低頻電源告警時間段測量發(fā)電機定子線圈一次側電阻值約為9 kΩ，無法排除受報警時測量誤差影響。當報警自動恢復后，測量電阻一次側仍為9 kΩ，可初步判斷注入低頻電源異常信號對測量電阻值無明顯影響，但不排除裝置內部仍存在異常因素影響定子測量一次電阻值。因此，二者報警關聯(lián)性無法排除。

3" " 處理及后續(xù)建議

1）根據對注入式低頻電源定子接地回路分析的初步結論對注入電源裝置進行隔離檢查，檢測注入定子低頻電源裝置方波空載電壓、短路電流，發(fā)現方波輸出電壓為20 Hz、26.176 V，短路電流由初始值2.67 A降低為0.3 A并保持，與正常電流值3 A偏差較大，證明裝置內部短路電流輸出能力不夠，判斷裝置內部存在故障。進一步解體檢查發(fā)現裝置內部帶通濾波回路電感有灼燒短路點，測量電感值為109.18 mH，已偏離設計正常值600 mH。判斷裝置內部電感故障引起注入低頻電源異常報警，更換合格的裝置備品后檢查注入定子接地回路測量電阻一次值約為9 kΩ，其余參數均正常，可排除注入低頻電源裝置異常引起測量較實際值偏大。

2）目前，發(fā)電機穩(wěn)定運行下注入式定子接地保護測量電阻一次值約為9 kΩ，無持續(xù)變小趨勢，且定子接地保護跳閘邏輯需要接地電流輔助判據，運行過程中發(fā)電機誤跳閘的概率偏小。但考慮測量偏差，如果發(fā)電機發(fā)生高阻接地，存在實際未達到接地定值情況下測量偏差引起誤動風險[3]。

因注入式定子接地保護定值需要根據現場動態(tài)試驗進行實測，停機狀態(tài)下不具備校核條件，因此后續(xù)建議如下：

1）加強運行監(jiān)視：利用保信子站監(jiān)視注入式定子接地保護測量一次側阻值、注入低頻電壓、注入低頻電流數據，觀察測量阻值降低趨勢，如有降低及時通知技術人員檢查分析。

2）結合機組檢修補充開展注入式定子接地保護參數現場測試試驗，重點開展動態(tài)試驗校核補償角。

3）為及時發(fā)現定子接地電阻降低的異常情況，建議專業(yè)人員加強檢修前后保護設備運行參數對比分析，及時發(fā)現異常的運行數據并處理。

4" " 結束語

針對發(fā)電機注入式低頻電源定子接地保護報警和測量偏差等情況，技術人員需加強專業(yè)巡檢對運行數據的收集整理，開展針對性分析，及時發(fā)現異常情況，在運行過程中發(fā)現問題時從最可能的因素入手排查并縮小故障范圍，通過實驗檢測確定故障設備，為設備運行提供合理的技術建議。同時，發(fā)電廠應重視注入式定子接地保護的動態(tài)參數實驗，進一步校核整定值的合理性、適應性，在試驗調試階段發(fā)現設備隱患，為發(fā)電機組長周期穩(wěn)定運行提供技術保障。

[參考文獻]

[1] 高春如.大型發(fā)電機組繼電保護整定計算與運行技術[M].2版.北京：中國電力出版社，2010.

[2] 南瑞繼保.RCS-985U發(fā)電機入式定子接地保護技術和使用說明書[Z]，2011.

[3] 王維儉，王祥珩，王贊基.大型發(fā)電機變壓器內部故障分析與繼電保護[M].北京：中國電力出版社，2006.

收稿日期：2024-12-19

作者簡介：孫旭良（1996—），男，河南濮陽人，助理工程師，從事新能源電力運維管理工作。