電壓波形畸變造成機組過速緊急停機故障分析

姚遠濤

（貴州省黔東南州地方電力總公司鎮遠分公司，貴州 黔東南 557700)

電壓波形畸變造成機組過速緊急停機故障分析

姚遠濤

（貴州省黔東南州地方電力總公司鎮遠分公司，貴州 黔東南 557700)

介紹了某水電廠發電機組概況及設備型號參數，敘述了機組過速停機故障的現象，分析排查出了故障原因為機端二次線電壓波形畸變干擾，并采取了相應措施，確保了機組安全可靠運行。

過速保護；二次電壓；波形畸變

1 設備概況

某水力發電廠于1970年動工修建，并于1981年3月投入運行。該水輪發電機組的水輪機型號為123-LJ-140，額定轉速300r/min，額定出力3 380kW；發電機額定功率3 200kW，額定電壓6.3 kV，額定電流366 A，額定轉速300r/min。機端電壓互感器型號為JDZJ-6，150VA/1級。調速器由原CT-40改造，原油壓裝置、集油箱和主接力器得到保留，機械飛擺測速裝置改為武漢三聯水電控制設備公司生產的SLT-3000型全數字可編程微機組合式調速器。

機組測頻保護單元箱采用湖南紫光測控有限公司生產的DCAP-3530智能轉速測控單元。該智能轉速測控單元利用機端電壓對發電機組的轉速及頻率進行自動檢測，有七輪轉速控制出口(5%，35%，80%，95%，105%，140%，170%)。機端電壓測量范圍為(0.3～180)V/(2～100)Hz。具有RS-485通迅接口，可與監控計算機進行數據交換，組成電廠綜合自動化系統。

2 故障現象

由于機組運行時間很長，設備陳舊、老化，該電廠為提高機組的運行可靠性，進行了調速器、勵磁系統及綜合自動化的技改。當2號發電機組技改完成以后，通過電氣一次模擬、二次模擬等靜態調試，再進行動態模擬時，開機空轉，機組及各種輔助設備運行一切正常。在運行一段時間無異常后對機組進行零起升壓試驗。調速器與測頻單元箱二次電壓接的是機端電壓互感器1YH二次線電壓UAB(額定二次電壓為105 V)。當二次電壓升至約80V(機端電壓約5000V)時，機組突然發生過速保護動作停機，發“機組過速” 信號，過速停機原因不明。為了查明原因，重新開機至額定轉速空載運轉10min，運行無異常。安排人員監視調速器上的機組頻率表及機組測頻單元箱數字變化情況，同時用萬用表測量調速器端子上電壓互感的輸入電壓，再次零起升壓。當二次電壓升至約80V時，又出現機組過速保護動作停機，且頻率表和測頻單元箱上的數字以及萬用表上的數字均看不出變化(數顯來不及反應或是肉眼來不及識別)就停機了。

3 故障排查

由于用萬用表測量和用肉眼都未能觀測到異常情況，因此改用SR8二蹤示波器監測電壓互感器二次電壓與波形，再開機作零起升壓。這時，觀測到二次電壓在10V以下波形是正常的，屬正弦波，如圖1(a)所示。當電壓上升超過10V時，電壓波形過零后出現一個小小的畸變點，如圖1(b)所示。隨著勵磁電流的增加，機端電壓逐漸上升，電壓波形的畸變點也逐漸增大，變成了小小的正弦波形，如圖1(c)所示。當二次電壓值接近80V時，電壓畸形波如圖1(d)所示。再繼續增大，“機組過速”信號報出，機組緊急停機。

圖1 二次電壓波形

將測頻單元箱及調速器的機頻電壓UAB改成相電壓UA，重新開機零起升壓，同時監測電壓波形。經檢測，電壓波形過零后畸形波消失，已變為正弦波，機組升壓恢復正常，故障排除。因此，機組過速停機是由機端二次線電壓波形畸變造成的。

4 故障分析

由于線電壓的波形過零后，出現了2個畸變點，當波形畸變的變化量ΔU值大于測頻單元箱電壓測量范圍最低值0.3 V時，測頻裝置所檢測到的是1個大的正弦波加上2個畸形波，就變成了3個正弦波形了，測出的頻率由50Hz變成150Hz(300% ne)。由于機組過速停機保護定值為140% ne，而實測頻率超過了此定值，因而過速保護動作緊急停機，并報出“機組過速”信號。

出現這一現象，與2臺電壓互感器間本身的磁飽和度和磁滯差異有關。原先接UAB時，測頻裝置檢測到的是A，B 2相電壓的差值。因為電壓互感器是電磁型電壓互感器，鐵芯磁路除了飽和外，還有磁滯作用。它們的磁化曲線不是單一的，上升和下降特性不相重合，形成了一個滯回環。在這種情況下，2臺電壓互感的磁化曲線和滯回環存在一定差異，所感應出來的2個二次電壓波形存在著偏差或者含有諧波，當二者相減后就出現了上述觀測到的畸形波。而改接為單相電壓后，測頻裝置檢測到的只是UA單相電壓，就沒有明顯的諧波或諧波很小，基本為基波正弦波形，機組過速停機現象也就消除了。

5 結束語

電廠的熱工控制和保護有的需采集機組電壓互感器的二次電壓，有的保護對于二次電壓的波形十分敏感，電壓互感器的電壓傳變性能與保護裝置的正確動作密切相關。因此，必須重視電壓互感器的特性試驗，在做伏安試驗時用示波器監測它們的波形變化，并選擇合適的二次電壓引入保護裝置，避免二次電壓波形畸變較大引起保護裝置誤動，保障設備的正常運行。

1 李發海，陳湯銘，鄭逢時，等．電機學[M]．北京：中國科學技術出版社，1984.

2015-02-16；

2015-05-24。

姚遠濤(1964-)，男，工程師，主要從事電廠發供電及設備維護維修等生產工作，email：doudou2017@163.com。

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