某电厂发电机组保护误动分析及解决方案

陈 绪，刘 志

(1.重庆九龙电力股份有限公司九龙发电分公司，重庆400053;2.重庆发电厂，重庆400053)

0 引言

发电机纵向零序电压式匝间保护，能反映发电机同相同分支匝间短路、同相不同分支之间匝间短路及分支绕组开焊故障。对于中性点侧只引出三个端子的发电机，纵向零序电压式匝间保护是一种可供选用的方案［1］。因此纵向零序电压式匝间保护在国内大、中型机组中被广泛应用。但这种保护装置在多年的运行中误动较多，保护正确动作率较低，造成这种原因并不是该型保护装置在原理上存在问题，而是既有运行管理部门在定值整定及运行维护方面把关不严，也有保护装置制造厂家，在设计方案上考虑不周造成的。

某发电厂200MW发电机采用的是许继电气股份公司生产的WFB-100微机型发变组成套保护装置，2004年10月投入运行，在2007年10月的一次停机中，当发电机负荷降至12MW左右时，发电机纵向零序电压式匝间保护动作将机组解列。下面就对该装置中发电机纵向零序电压式匝间保护的构成原理、动作行为进行简单的分析。

1 纵向零序电压式匝间保护的构成

该发电机纵向零序电压式匝间保护采用纵向零序电压作为主判据，为防止专用TV断线时保护误动，引入TV断线闭锁;另外，为防止区外故障或其他原因(例如，专用TV回路有问题)产生的纵向零序电压使保护误动，引入故障分量负序功率方向元件，故障分量负序方向元件与纵向零序电压组成“与”门。实现匝间保护;发电机并网前，因ΔI2=0，则故障分量负序功率方向元件失效，因此增加了三相电流低判据，由纵向零序电压与三相低电流元件(Ia、Ib、Ic)组成“与”门实现匝间保护，但实际上此时仅纵向零序电压元件起作用，为防止暂态干扰造成保护误动，一般还增加一短延时t(一般整定50～100ms)。发电机纵向零序电压式匝间保护的逻辑框图如图1。图1中保护装置的三相电流(Ia、Ib、Ic)取自于发电机机端电流互感器，三相电压(Ua、Ub、Uc)及零序电压(3 U0)取自于纵向零序电压式匝间保护专用电压互感器。

图1 发电机匝间保护逻辑框图

2 发电机匝间保护的动作行为

从图1中可知:匝间保护的一种出口方式是3 U0与ΔP2组成“与”逻辑，当3 U0、ΔP2都动作时，纵向零序电压式匝间保护动作出口;另一种出口方式是3 U0与三相低电流元件(Ia、Ib、Ic)组成“与”逻辑，当3 U0动作、三相低电流元件(Ia、Ib、Ic)均动作时，纵向零序电压式匝间保护经短延时动作出口。

2007年10月那次发电机停机时，从纵向零序电压式匝间保护的动作录波中，发现有3 U0电压存在，而且3 U0电压值远远大于保护装置的整定值。且从DCS事故追忆系统中得知，机组解列时发电机负荷12MW左右，在机组减负荷过程中无任何异常现象。事后对纵向零序电压式匝间保护进行检验，3 U0、ΔP2及三相低电流元件动作均正常，各元件的定值均未发生变化。在对一次设备进行检查时，发现纵向零序电压式匝间保护专用TV的一次侧有一相熔断器熔断。而发电机带12MW左右负荷时，其定子电流大约0.06 Ie。这样可以确定纵向零序电压式匝间保护是3 U0动作、三相低电流(Ia、Ib、Ic)元件均动作，而匝间保护中的TV断线闭锁元件未起到可靠闭锁作用，从而使纵向零序电压式匝间保护延时动作出口，导致了机组解列。

3 TV断线闭锁元件的动作行为及产生的后果

该纵向零序电压式匝间保护中TV断线闭锁元件的相电压和零序电压，均取自于该匝间保护的专用TV。TV断线闭锁元件的动作判据一是:

动作判据二是:三相电压均低于8V，且0.06 Ie＜Ia＜Iset。只要满足两判据中任意一个，就判TV断线。

对于式(1)所示判据，当TV一次侧出现断线或熔断器熔断时，在TV的开口三角形绕组中就会出现3 U0，式(1)就不成立，此时TV断线闭锁元件就不能正确动作;当TV二次侧单相及两相断线时;在TV的开口三角形绕组中就不会出现3 U0，式(1)就成立，此时TV断线闭锁元件就能正确动作。

而三相电压均低于8V，且0.06 Ie＜Ia＜Iset判据，只能判断TV三相失压。因此基于上述两判据构成的TV断线闭锁元件，在发电机正常运行中，如果专用TV一次侧断线或熔断器熔断，TV断线闭锁元件就不能正确动作，发出动作信号提示值班人员，当然现场巡视人员也不可能发现TV一次侧断线或熔断器熔断。这样就导致了发电机停机中，在负荷降至12MW左右时，纵向零序电压式匝间保护动作将机组解列。从另一方面来看，在发电机正常运行中。如果不及时发现TV一次侧断线或熔断器熔断，当发生区外不对称故障时，此时微机保护装置通过TV和TA采样来计算ΔU2和ΔI2，则其计算结果就不能准确反映ΔU2，从而影响ΔP2的计算值，ΔP2的动作行为就很难确定。再者如果TA回路又发生故障，此时就会产生ΔI2，ΔP2就可能动作。因此该纵向零序电压式匝间保护中的TV断线闭锁元件，在TV断线时不能起到有效闭锁保护的作用，必须对TV断线闭锁元件的动作判据进行改进。

4 TV断线闭锁元件的改进

采用纵向零序电压作为主判据的发电机匝间保护，必须增设TV断线闭锁元件，为了使TV断线闭锁元件在TV一次侧断线或熔断器熔断时，以及TV二次侧单相、两相断线或三相失压时起到可靠闭锁相关保护的作用。经过认真的分析，并借鉴了其他保护装置生产厂家的经验，认为采用电压平衡式TV断线闭锁元件可行，其逻辑框图见图2。图2中TV1表示纵向零序电压式匝间保护专用电压互感器，TV2表示通用电压互感器。

图2 改进后的TV断线闭锁元件逻辑框图

从电压平衡式TV断线闭锁元件的逻辑框图可知，电压平衡式TV断线判据是比较两组电压互感器二次侧的电压，当某一TV不论一次侧或二次侧失去电压时继电器动作(该TV断线闭锁元件不考虑两组TV的同一相同时发生断线)，一方面瞬时发出TV断线信号告知值班人员。另一方面瞬时闭锁相关保护。

5 TV断线闭锁元件改进后的发电机匝间保护逻辑框图

发电机的匝间保护，采用纵向零序电压作为主判据，在原理上是可行的，只要合理运用相关的辅助判据，认真总结经验教训，采取切实有效的改进措施，就能提高纵向零序电压式匝间保护的动作可靠性，因此纵向零序电压式匝间保护中的TV断线闭锁元件改进后。保护装置的逻辑框图也发生了变化，其逻辑框图见图3。

图3 TV断线闭锁改进后的发电机匝间保护逻辑框图

TV断线闭锁元件更改完成后，对纵向零序电压式匝间保护装置进行了一次全部检验，其动作行为完全满足要求。并在发电机开机时，通过实际模拟纵向零序电压式匝间保护专用TV的一次侧熔断器熔断，来检验TV断线闭锁元件的正确性。其结果是TV断线信号可靠发出，纵向零序电压式匝间保护可靠不动作。图3中U1a、U1b、U1c及3 U0取自于纵向零序电压式匝间保护专用电压互感器，U2a、U2b、U2c取自于通用电压互感器。

6 结束语

该电厂2007年10月那次保护误动的原因是:纵向零序电压式匝间保护中原TV断线闭锁判据不能反映TV一次侧断线或熔断器熔断，造成了纵向零序电压式匝间保护误动。为避免此类事故再次发生，应该对设备制造厂家的保护装置设计方案严格把关，并加强对保护装置中各组成元件动作行为的分析，同时，运行管理部门应加强保护装置的运行维护和管理。

通过对保护方案的改进，监视内容更全面，不论使用TV断线或纵向零序电压式匝间保护专用TV断线，都会发出声、光信号提示值班人员，而且，专用TV断线时，能可靠闭锁纵向零序电压式匝间保护装置，防止保护误动。几年来的生产表明，保护方案的改进是有效的。

［1］王维俭.发电机变压器继电保护应用(第二版)［M］.北京:中国电力出版社，2004.