PT一次熔断器熔断对发电机保护的影响

杨 涛，杨赵升，孔 彬，王祖顺

(中国长江电力股份有限公司，湖北 宜昌 443000)

0 引言

电压互感器(potential transformer，PT)是水电站保护系统和测量系统的重要测量设备。PT 一、二次回路的完整性、正确性对发电机保护功能起着关键作用。

通过对水电站机端PT 运行情况进行趋势分析，发现电压互感器回路缺陷主要出现在一次熔断器上。电压互感器一次熔断器接触不良或者熔断，都会导致发电机保护装置采样异常(故障相电压降低、机端零序电压增加)。但是，如此造成的数据异常大多因为变化量太小，不能快速的启动发电机保护装置动作告警，只能放任电压互感器一次熔断器的故障扩大，甚至存在使发电机保护装置误动的可能性。因此，在不能完全掌握PT 一次熔断器故障发展趋势的情况下，提前分析一次熔断器熔断对发电机保护功能影响，探索有效监测一次熔断器运行情况的方法就显得尤为重要了。

1 电压互感器配置

发电机机端设有3 组小车式电压互感器(1PT，2PT，3PT)，其中1PT，2PT 各配置3 个二次绕组(2 个星型绕组，1 个开口三角绕组)，供发电机保护A，B 套、励磁系统、调速系统使用。3PT 配置3 个星型绕组，供计量测量系统使用。1PT，2PT电压互感器变比为12.7 kV/57.7 V/57.7 V/33.3 V，3PT 电压互感器变比为12.7 kV/57.7 V/57.7 V/57.7 V。某水电站由1PT，2PT 提供二次电压的发电机保护主要有复压过流、发电机基波零序+三次谐波定子接地、失磁、失步保护4 类。由机端电压互感器一次熔断器熔断引起的二次电压变化，势必会影响发电机保护正常运行。

2 一次熔断器熔断对发电机保护影响

某大型水电站巡检人员发现A 套发电机保护装置机端电压三相不平衡(UA=58.36 V，UB=54.55 V，UC=58.32 V)，机端零序电压明显偏大(3U0=3.28 V)。经停机查找，发现是机端电压互感器B 相一次保险异常。如未能及时发现机端电压波动，一次熔断器的熔断程度会进一步加大，发电机保护装置的采样会无规律的突变，最终可能会对保护功能产生一定的影响。以RCS-985GW发电机保护装置原理进行分析。

2.1 对发电机复压过流保护影响

发电机复压过流定值：负序电压4.62V，相间最低电压70 V,过流定值1.13 A。负序电压和相间低电压为或关系。

2.1.1 PT 一次侧单相熔断的影响

机端单相电压降低至50 V，延时10 s 装置报PT 断线闭锁复压过流保护。在装置报出PT 断线前机端电压下降到44 V 时，保护装置显示复压过流保护开放(负序电压达到定值)，但由于过流定值未达到，保护不动作。如果短时单相电压下降过快(10 s 内)，在复压过流保护开放且PT 断线信号未报出时增大电流至1.13 A，保护出口跳闸；在复压过流保护开放且PT 断线信号已报出时增大电流至1.13 A，保护不动作。

2.1.2 PT 一次侧三相熔断的影响

机端三相电压降低至40 V，保护装置显示复压过流保护开放(相间低电压达到定值)，但由于过流定值未达到，保护不动作。机端电压下降到18 V，延时10 s 保护装置报PT 断线。

如果短时三相电压下降过快(10 s 内)，在复压过流保护开放时(电压为18 V ～40 V)增大电流至1.13 A，保护出口跳闸；在复压过流保护开放时(电压低于18 V，PT 断线未报出)增大电流至1.13 A，保护出口跳闸；在复压过流保护开放时(电压低于18 V，PT 断线已报出)增大电流至1.13 A，保护不动作。

结论：PT 一次侧单相熔断时，如果电压衰减时间够短(PT断线报出之前)且伴随有过载现象(电流大于1.13 A)，发电机复压过流会出口跳闸。PT三相熔断时，如果有过载现象(电流大于1.13 A)，发电机复压过流会可能出口跳闸。

2.2 对发电机基波零序和三次谐波定子接地保护 影响

发电机基波零序电压定值为5.17 V，三次谐波定子接地保护机端中性点、三次谐波电压比率，并网前为3.2，并网后为3.0。

发电机基波零序电压取自中性点接地变二次绕组，机端PT 一次侧熔断器熔断，不论是电压缓慢降低，还是机端一次侧电压突降为零，对基波零序电压保护无影响。

当机端PT 一次侧熔断器熔断，可能会导致机端开口三角所测得的三次谐波电压增大。在P=700 MW，Q=100 Mvar 时，B 相熔断器熔断三次谐波采样对比及定值见表1。

表1 三次谐波电压采样对比及定值

机端2PT 一次侧熔断器熔断，电压持续下降，当满足机端PT 一次断线(见表2)所列的判据之一时，装置延时275 ms 报“机端TV 一次断线闭锁三次谐波”。对采用基波零序和三次谐波电压比率原理定子接地的发电机B 套保护来说，此时可以闭锁三次谐波电压比率报警。若三次谐波电压激增，三次谐波电压比率先大于定值，而机端TV 一次断线判据还未满足，则可能出现三次谐波电压比率定子接地保护报警，保护不会出口跳闸。

表2 机端PT 一次断线判据

结论：机端PT 一次熔断器熔断，存在发电机B 套保护装置三次谐波电压比率定子接地报警的可能，但保护装置不会出口跳闸。

2.3 对发电机失磁保护影响

失磁保护判据：低电压判据，三相同时低电压判据85 V，无功反向判据-10 %。

由于失磁保护为无功反向判据，我们只考虑发电机处于进相运行(从系统吸收无功)状态。在失磁阻抗动作边界上拾取一个验证点，根据历史试验数据改变机端熔断相电压，从而得出熔断器熔断对失磁保护的影响。

PT 一次侧单相熔断，相间低电压判据无法满足，失磁保护不会动作。

PT 一次侧三相(两相)熔断，当三相电压降至31 V 且进相时，失磁保护动作。

结论：PT 一次侧单相熔断对失磁保护无影响，两相或三相熔断同时机组处于进相运行状态时保护有可能误出口。

2.4 对发电机失步保护的影响

失步保护阻抗元件计算采用发电机机端正序电压、正序电流，测量阻抗轨迹需穿越阻抗平面，并在每个区域停留一定时限，计算保护滑极次数。PT 一次熔断器熔断时，不管是电压缓慢下降，还是突然降低，装置所测得的阻抗都不满足失步继电器动作特性。

结论：失步保护不会误动。

3 PT 一次熔断器运行状态监测

为解决发电机机端PT 一次熔断器慢熔时保护装置PT 断线判据不能及时告警的问题，在目前基于电压平衡原理的PT 断线检测方法的基础上，提出一种基于零序电压和二次谐波电压故障特征量的PT 断线判别方法。改进后的判据动作于PT 一次侧熔断器慢熔断线告警，能有效避免因熔断器慢熔而导致机组误强励和定子接地保护误动作的发生。

3.1 PT 一次熔断器慢熔时机端电压特征

在PT 一次侧熔断器慢熔过程中，因断口电容值变化和杂散电感的影响，慢熔所在相二次电压波形会出现畸变。在对曾发生的几次PT 熔断器慢熔故障数据进行滤波分析后，发现熔断器慢熔故障会使零序电压中谐波含量显著增大，数据如表3 所示。

表3 零序电压滤波分析

3.2 PT 一次熔断器慢熔监测方法

3 次事故中机端PT 开口三角均出现零序电压且含有较高的谐波分量，并以二次谐波和三次谐波为主，因此可在现有发电机保护的基础上，增加对事故前后的零序电压基波分量和谐波分量的特征分析功能,取零序电压中二次谐波和三次谐波含有率作为故障判别依据，再结合PT 开口三角电压和机端自产零序电压形成组合判据，当谐波分量和零序电压均大于设定值时发出告警信号，同时设置零序电压高越线报警和谐波高越线报警功能，以便运维人员及时发现PT 一次熔断器慢熔故障，防止保护装置误动造成事故扩大。

4 结束语

通过分析发现，机端电压互感器一次熔断器熔断对发电机的复压过流保护、发电机基波零序+三次谐波定子接地保护、发电机失磁保护都会产生很大影响，甚至在某种工况下会导致保护装置误出口。为了最大限度的消除影响，快速定位故障熔断器，更应该探索一种监测电压互感器一次熔断器运行状态的方法，及时有效的发现故障熔断器。在此类故障未对发电机保护装置产生影响之前，发现故障，消除故障，从而避免因PT 一次熔断器故障而导致的保护装置误动，使故障进一步扩大。