一起机组并网过程中发电机负序过负荷故障分析

2020-06-05吉元涛赵依欣卢小琴

水电站机电技术 2020年5期

吉元涛，梁刚，赵依欣，卢小琴

（中国长江电力股份有限公司白鹤滩电厂筹建处，四川凉山615400）

1 引言

在发电机保护中，负序过负荷保护不仅反映发电机转子表层过热状况，也反映负序电流引起的其他异常状况。当发电机三相负荷不对称时，发电机定子绕组中就会产生负序电流。该负序电流产生与发电机同步转速反方向旋转的负序磁场，相对于转子为两倍同步转速，因此在转子中感应出100 Hz的倍频电流，它会使转子端部、护环内表面等电流密度很大的部位过热，造成转子的局部灼伤。本文对发生在某大型水力发电站的一起发电机负序过负荷保护动作案例进行介绍并详细地分析故障原因。

2 故障分析

2.1 故障简介

2018 年11 月6 日07：50：49，某电站2F 机组并网加出力期间，监控系统报“2F：发电机A 套负序过负荷报警动作、发电机B 套负序过负荷报警动作”，监控系统2F C 相电流为0，其他电气量无明显异常。08：18：02，运行人员断开2F GCB 开关，2F 停机。保护专业人员现场检查保护装置报文及故障录波装置发现：07：50：48，2F 发电机保护装置A、B 套报“发电机负序过负荷信号”；07：51：08 报“机端TV 断线、发电机负序过负荷信号”。2F 故障录波装置相应时刻有录波启动。

2.2 发电机负序过负荷信号分析

发电机定时限负序过负荷保护逻辑（图1），取机端、中性点负序电流的最小值作为定时限负序电流值，定时限负序电流定值为0.1 A，延时定值为5 s。查看录波文件，发现本次事件2F 机端、中性点负序电流值一样，后续分析均采用2F 机端负序电流作为负序过负荷保护负序电流值。

图1 发电机保护装置定时限负序过负荷保护逻辑

查看故障录波相应时段波形，07：50：41 左右（图2），发电机机端负序电流值达到0.1 A，延时5 s后，发电机保护装置报“发电机负序过负荷信号”。此时刻机端电流负序量以及时序分析结果满足发电机负序过负荷报警逻辑，2F 发电机A、B 套保护装置正确动作，报“发电机负序过负荷信号”。

07：56：13 左右（图3），发电机机端电流负序电流值降低至0.1 A 以下，“发电机负序过负荷信号”复归，该时刻与发电机保护装置报警复归时刻相符。

图2 07：50：41 故障录波-机端负序电流

图3 07：56：13 故障录波-机端负序电流

发电机反时限负序过负荷信号逻辑（图4），反时限负序过负荷保护由3 部分组成：①下限启动，②反时限部分，③上限定时限部分。上限定时限部分设最小动作时间定值。

图4 发电机保护装置反时限负序过负荷保护逻辑

反时限保护动作方程：

式中，I2为发电机负序电流，Iezd为发电机额定电流二次值，I2szd为发电机长期运行允许负序电流（标幺值），A为转子负序发热常数。

整个事件过程中，发电机机端电流负序电流最大值为0.196 A。

根据反时限保护动作方程，计算出负序电流值为0.196 A 时，反时限负序过负荷动作延时t最小值为878.32 s。本次事件机端电流负序电流大于0.1 A的持续时间约360 s 左右，该时间未能达到反时限负序过负荷保护动作定值，故2F 发电机保护A、B套反时限负序过负荷保护均未动作。

2.3 机端TV 断线

发电机保护装置TV 断线判据：

正序电压小于18 V，且任一相电流大于0.04In；

负序电压3U2大于8 V。

满足以上任一条件延时10 s 发相应TV 断线报警信号，异常消失，延时10 s 后信号自动返回。

07：50：56 左右（图5），发电机机端电压负序值U2达到2.678 V，并持续增大，此时负序电压3U2大于8 V，满足TV 断线判据，延时10 s 后，报“机端TV 断线”。

图5 07：50：57 故障录波-机端负序电压

07：52：22 左右（图6），发电机机端电压负序值U2降低至2.666 V，并持续降低，此时负序电压3U2小于8 V，延时10 s 后，“机端TV 断线”信号复归。

图6 07：52：22 故障录波-机端负序电压

2.4 机组故障录波分析

通过对2F 机组故障录波装置各时段波形的分析，得出运行工况统计表见表1。

2.5 故障点分析

由以上可知，2F 发电机保护装置A、B 套报文与监控系统事件一致，且与机组故障录波装置所记录的波形相符。2F 机组中性点至主变低压侧之间C 相电流值为0，且零序电流、电压值均为0，排除接地故障可能，仅由不平衡电流、电压产生负序电流、负序电压，由此可见从2F 机组中性点至主变低压侧之间的一次设备C 相存在断点。经过电厂人员对一次设备进行检查，发现2F GCB 出口隔离刀闸C相传动连杆脱落，造成2F 机组非全相运行，发电机负序过负荷动作告警。