水轮发电机组横差保护动作检查与分析处理

水轮发电机组横差保护动作检查与分析处理

崔光源、刘傲

（国网东部分部绿源水力发电公司太平湾发电厂，辽宁 丹东 118216）

摘要：发电机组横差保护作为发电机运行的一项重要保护措施，对发电机安全运行有着举足轻重的作用。本文重点论述了发电机在运行中出现横差保护动作动作的情况，分析了保护动作的原因和处理措施。

关键词：水轮发电机；横差保护；动作；分析处理

引言

随着国民经济飞速发展，用电量也显著增加，保障电力设备安全运行来满足供电质量需求就变得尤为重要。保障电力设备安全运行，离不开与之配套的电力设备继电保护设备，随着科学技术快速发展，特别是随着电压等级和智能化水平的提高，对电力设备保护水平要求也起来越高，这样在设备运行中出现的问题也各式各样，这就对我们运维人员提出了更高的要求来应对所面临的新的情况。今天，我们在这里简单的谈一谈某发电厂水电机组继电保护装置的事故动作及处理情况。该厂水轮发电机所使用的高灵敏度单元件横差保护装置为国网南瑞集团生产的PCS-985RS-H2型保护设备，是目前国内电厂比较普遍使用的比较先进的继电保护装置，动作灵敏，安全可靠。

１运行中遇到的问题

水轮发电机顺利完成了检修工作，各项试验全部进行完毕，数据全部合格，随后进行开机并网带负荷。刚开始，发电机增加出力一切正常，可是当有功负荷加到20MW~25MW时，突然出现发电机跳闸停机，发电机横差保护动作。同时，发电机出口断路器和发电机灭磁开关也相继跳闸，甩负荷23MW。事故停机时，发电机励磁过励限制动作，动作电流1A（整定值1A）。

２故障的分析及处理

    从故障报告看，横差电流互感器CT中确实流过了故障电流，并超过了整定限值。

横差保护是发电机的主保护，它的作用是保护定子绕组的匝间短路，兼顾定子绕组开焊故障，也可保护发电机内部不对称短路故障，横差保护的整定原则是：能可靠避免外部故障或异常运行工况（如发电机失磁运行）时流经发电机中性点的最大不平衡电流，保护动作瞬时动作于跳闸。

发电机横差保护动作量取自中性点处，原理接线如图1，横差保护逻辑框图如图2

                             图1

                             图2

本次发电机检修过程中已对发电机定子、转子进行过电气预防性试验，试验结果全部合格。

此次检修二次设备并没有进行改造及改线的工作，说明二次回路线路没问题。不过发电机的横差保护电流互感器已使用20年多年，是否会是电流互感器本身出问题造成保护动作？为了验证怀疑点，随后对电流互感器进行了伏安特性曲线和变比测试，用伏安特性曲线测试仪在横差保护电流互感器根部进行了测试。

变比测试结果：结果发现发电机中性点横差电流互感器伏安特性曲线异常，并且横差保护电流互感器变比出现变化，测得值为1000/5（铭牌标注为750/5），试验确定该电流互感器不合格，经过向生产技术部建议，更换了一台合格的电流互感器。试验数据和伏安特性图如下：

随后，又进行了开机试验，开机后发电机开机带负荷，带负荷过程中通过采样观察横差电流，但是横差电流并没有消失，随着负荷升高到20WM横差电流随之升高到0.84A，如果继续升高负荷，横差电流势必会达到横差保护动作定值并最终造成保护动作跳闸，说明故障并没有排除。

随后，对保护装置进行了3次谐波滤过器测试。因为在三项四线制系统中，两台或多台机组并列运行时，中性点会产生三次谐波环流，也会引起保护动作。在横差采样单元加入系统频率并串入3次谐波后，横差采样只显示系统频率的电流，说明保护装置本身的3次谐波滤过器并没有出现问题。至此确定保护装置的采样正确、保护逻辑正确、装置内部3次谐波滤过器正常进一步排除了保护装置本身存在故障而导致误动作的情况。

之后对发电机定子绕组和转子绕组及横差保护内侧回路进行了电气试验，进一步查找出现故障点的情况，试验结果如下：

2.1发电机定子试验：

2.1.1绝缘电阻（MΩ）及吸收比：(温度：18.4℃；湿度：43%RH)

A相：R15：20         B相：R15：25        C相：R15：25   

R60：2000            R60：1850            R60：2000

K：100              K：74               K：80

2.1.2直流电阻（mΩ）：（温度：18.4℃；湿度：43%RH）

上分支：

A相：20.23         B相：20.23        C相：20.26 

下分支：

A相：20.70         B相：20.70        C相：20.68

2.1.3直流耐压及漏泄电流（μA）：（温度：17.6℃；湿度：43%RH）

2.2发电机转子试验：（温度：18.4℃；湿度：26%RH）

转子绝缘电阻（滑环带碳刷）：100（ΜΩ）

转子直流电阻（总体）：0.2864（Ω）

2.3发电机中性点横差保护侧回路电阻试验：（温度：18.6℃；湿度：40%RH）

A相：上－下分支之间回路直阻：59.08微欧；

B相：上－下分支之间回路直阻：66.48微欧；

C相：上－下分支之间回路直阻：71.82微欧；

试验结果再次表明，发电机定子绕组和转子绕组没有问题，问题就出现在发电机定子绕组中性点外侧至横差保护电流互感器之间，恰巧在本次发电机检修过程该厂对发电机中性点出口进行了改造。为了方便检修，解决每次检修都需要拆除很多螺丝才能断开引线的麻烦，在本次检修中将发电机定子绕组中性点引出线由原软连接方式改成刀闸连接方式，（图3），会不会是改造过程中出现了问题？随后，技术人员针对性的对刀闸部位和出口接线情况进行了详细的检查，结果发现，在本次改造中，由于作业人员对设备运行情况不是很了解，为了施工方便，并没有对中性点刀闸外侧上下两组铜排连接螺杆过长进行处理，造成了发电机中性点同相上下分支短路（见图4），使该相的两个分支绕组就有环流流过。随着负荷的增大流过电流互感器一次侧的电流就增大，电流互感器二次侧电流也随之增大，最终超过其整定电流值而动作，使发电机出口断路器和励磁系统灭磁开关跳闸，造成事故停机。找到原因后作业人员对中性点连接铜板长螺杆进行了更换，使中性点同相上下分支引出线保持了足够的安全距离，消除了发生故障的问题点。解决了故障点后再次开机，发电机运行正常，横差保护工作无工]异常，额定负荷下保护横差电流采样仅为0.06A，远远小于动作电流1A，满足了正常运行要求。

               图3                                  图4

3结语

通过本次故障的分析处理，我们总结出以下结论：细节决定成败。电力设备检修过程应精力集中，认真仔细，不能马虎大意，检修前做好预案，作业过程中做好监护，检修后做好检查，不能漏掉作业过程中的任何一个环节，做到细致入微，才能保障检修质量，进而保障设备健康稳定支行。