一例发电机过激磁保护动作跳闸事故分析

鄢志超

（浙能嘉兴发电有限公司，浙江平湖314201）

一例发电机过激磁保护动作跳闸事故分析

鄢志超

（浙能嘉兴发电有限公司，浙江平湖314201）

针对某600 MW机组在启动过程中的过激磁保护误动跳闸事故，根据保护装置故障记录和波形，分析纵向零序过压元件、三次谐波定子接地保护、过激磁保护动作情况，查找出故障原因。通过对保护的动作行为分析，提出了几点改进建议。

发电机；零序过压；三次谐波；过激磁保护；分析

由于发电机发生过激磁故障时并非每次都造成设备的明显破坏，所以往往容易被忽视，但是发电机多次过激磁后将因过热导致绝缘老化，降低使用寿命。过激磁危害的表现之一是铁心饱和后谐波磁密增强，使附加损耗增大，引起局部过热；表现之二就是使定子铁心背部漏磁场增强，使定位筋和铁心中的电流急剧增加，在定位筋附近的部位，电流密度很大引起局部过热。电压越高，时间越长，引起的过热越严重，甚至会造成局部烧伤。如果定位筋和定子铁心接触不良，过电压后在接触面上可能要出现火花放电，这对于氢冷机组是十分不利的，因此发电机组都设有过激磁保护。

某发电厂1台600 MW机组检修结束，启动过程中建压不久发生过激磁保护跳闸。该机组采用美国GE公司的G60发电机保护装置。查看G60保护装置故障记录：匝间保护用纵向零序过压元件动作，100%定子接地保护动作发信，过激磁保护动作发信并跳闸。根据保护动作故障数据，分析相关保护动作情况，并提出了几点改进建议。

1 保护动作分析

1.1 TV二次电压波形

动作的3个保护均为电压量保护，调取G60保护装置采样到的电压量波形，发电机机端电压向量如图1所示。

图1 发电机机端的电压向量

图1中（a）为机端TV二次电压向量图，（b）为机端匝间保护专用TV二次电压向量图。

由图1可以看出，机端TV二次电压三相幅值正常，相位差120°，为正常电压波形；机端匝间保护专用TV二次电压三相幅值相差很多，相位差也并非120°。

1.2 纵向零序过压元件动作分析

纵向零序过压元件电压源取自匝间保护专用TV，其中性点n与发电机中性点N直接相连且不接地。当发电机定子绕组匝间故障时，三相机端对中性点电压不平衡，就一定出现纵向零序电压3U0（而机端TV则不反应纵向零序电压），当3U0大于整定值时，保护启动。

纵向零序过压元件整定值为0.05pu（二次值为0.05×57.7＝2.885 V）,动作延时为0.05 s。根据G60保护装置采样到的A，B，C相电压，计算得到的3U0为47.54 V，大于纵向零序过压元件整定值，因此纵向零序过压元件动作正确。

1.3 三次谐波定子接地保护动作分析

发电机三次谐波定子接地保护动作范围为距发电机中性点5%～15%左右的定子绕组接地故障。当靠近发电机中性点附近发生定子接地故障时，发电机中性点三次谐波电压减小，机端三次谐波电压增大。目前国内外各种三次谐波定子接地保护装置都是根据这两个电压的变化特征，构成不同的动作判据。

G60保护装置的三次谐波定子接地保护由“100%STATOR GROUND”元件实现，其动作判据由以下3个动作方程构成。

同时满足式（1），（2），（3）后，“100%STATOR GROUND”组件动作，即可判断为发电机定子绕组中性点侧发生接地。

1.4 过激磁保护动作分析

过激磁保护用电压源取自发电机机端匝间保护专用TV，TV的一次侧中性点与发电机中性点相连。G60保护装置过激磁保护取用的电压为相

G60发电机过激磁保护由VOLT PER HERTZ 1和VOLT PER HERTZ 2两个元件组成。VOLT PER HERTZ 1的启动值为1.05pu（二次值1.05× 57.7＝60.585 V），延时0.5 s告警。VOLT PER HERTZ 2的启动值为1.07pu（二次值1.07×57.7＝61.739 V），经过反时限曲线INVERSE A延时动作跳闸。发生故障时C相电压为72.85 V，大于过激磁保护1段和2段的整定值。因此，达到过激磁1段的动作延时，保护动作发信。达到过激磁2段的延时后，保护动作跳闸。从保护装置采样到的故障数据来看，过激磁保护动作正确。

2 故障原因查找

2.1 发电机内部故障

由图1可以看出，机端TV三相电压幅值基本相同，相位差为120°，为正常电压波形。匝间保护专用TV三相电压幅值相差很多，电压相位也不平衡。如果发电机内部发生故障，机端TV电压应该也会有所反映，但从图1来看，机端TV电压却是正常的，据此判断发电机内部发生故障的可能性不大。

2.2 TV二次回路故障

纵向零序过压元件、三次谐波定子接地保护、过激磁保护电压源都取自匝间保护专用TV，相关回路出问题的可能性比较大。匝间保护专用TV二次绕组的3个线电压值正常，因此可以判断，最有可能出问题的地方就是TV中性点与发电机中性点连接回路上。

对相关设备进行检查，TV外观未见异常，中性点与发电机中性点相连接的一次电缆在电压互感器柜内接线良好。在对发电机中性点接地电阻箱进行检查时，发现电压互感器中性点一次电缆未与中性点电阻相连，发电机中性点一次电缆也未与中性点电阻相连，如图2所示。经过询问相关人员得知，机组检修后进行发电机相关设备试验过程中，将这两个电缆接头拆除，工作结束后未接回。

图2 断开点示意图

TV中性点一次电缆未与发电机中性点电阻相连，导致TV中性点电压偏移，造成A相二次电压偏低，C相二次电压偏高，产生自产零序电压3U0。从而导致匝间保护用纵向零序过压元件动作和过激磁保护动作。

3 改进建议

根据对以上3个保护动作的分析，提出了以下几点建议：

（1）当匝间保护用TV二次侧一相或两相断线时，自产零序电压3U0有压，开口三角零序电压3U0无压。如果TV断线闭锁逻辑没有动作，自产零序电压3U0将引起保护误动作，开口三角零序电压3U0不会引起保护误动。为了减小误动的概率，提高保护动作的可靠性，建议将纵向零序过压元件电压源由匝间保护专用TV的自产3U0改为开口三角绕组的3U0。

（2）当发电机中性点侧三次谐波电压回路断线等原因造成G60保护装置无法测量时，保护装置应该能够发出告警信号，并闭锁三次谐波定子接地保护动作。但G60保护装置无中性点侧三次谐波电压回路断线报警功能，建议在保护内部逻辑中自定义监视中性点侧三次谐波电压回路断线报警功能。

（3）G60发电机过激磁保护取用的电压为相电压，任一相满足动作条件即跳闸。匝间保护专用TV中性点与发电机中性点连接电缆发生接地故障或开路故障时，过激磁保护有可能误动作。当发电机由于甩负荷、励磁调节失控等原因发生过激磁时，发电机三相机端电压的U*/f*会同时增加。建议对于过激磁保护逻辑进行适当优化，例如当有两相过激磁动作时，才启动过激磁保护动作跳闸，以确保动作的正确性。

[1]国家电力调度通信中心组．发电机变压器继电保护应用[M]．北京：中国电力出版社，2005．

（本文编辑：杨勇）

Analysis on Tripping Accident of Over-excitation Protection for Generator

YAN Zhi-chao
（Jiaxing Power Generation Co.，Ltd，Pinghu Zhejiang 314201，China）

To deal with the tripping accident of the over-excitation protection during the startup of a 600 MW unit，this paper analyzes the actions of the longitudinal zero-sequence overvoltage element，third harmonic stator grounding protection and over-excitation protection according to the fault record and waveform of the protection device to identify the fault causes.Some proposals on improvement are presented through the analysis on the protection actions.

generator；zero-sequence overvoltage；third harmonic；over-excitation protection；analysis

TM774

：B

：1007-1881（2012）03-0050-03

2011-08-01

鄢志超（1981-），男，辽宁北宁人，工程师，从事发电厂继电保护检修工作。