PT一次熔斷器熔斷對發(fā)電機保護(hù)的影響

楊 濤，楊趙升，孔 彬，王祖順

(中國長江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443000)

0 引言

電壓互感器(potential transformer，PT)是水電站保護(hù)系統(tǒng)和測量系統(tǒng)的重要測量設(shè)備。PT 一、二次回路的完整性、正確性對發(fā)電機保護(hù)功能起著關(guān)鍵作用。

通過對水電站機端PT 運行情況進(jìn)行趨勢分析，發(fā)現(xiàn)電壓互感器回路缺陷主要出現(xiàn)在一次熔斷器上。電壓互感器一次熔斷器接觸不良或者熔斷，都會導(dǎo)致發(fā)電機保護(hù)裝置采樣異常(故障相電壓降低、機端零序電壓增加)。但是，如此造成的數(shù)據(jù)異常大多因為變化量太小，不能快速的啟動發(fā)電機保護(hù)裝置動作告警，只能放任電壓互感器一次熔斷器的故障擴(kuò)大，甚至存在使發(fā)電機保護(hù)裝置誤動的可能性。因此，在不能完全掌握PT 一次熔斷器故障發(fā)展趨勢的情況下，提前分析一次熔斷器熔斷對發(fā)電機保護(hù)功能影響，探索有效監(jiān)測一次熔斷器運行情況的方法就顯得尤為重要了。

1 電壓互感器配置

發(fā)電機機端設(shè)有3 組小車式電壓互感器(1PT，2PT，3PT)，其中1PT，2PT 各配置3 個二次繞組(2 個星型繞組，1 個開口三角繞組)，供發(fā)電機保護(hù)A，B 套、勵磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)使用。3PT 配置3 個星型繞組，供計量測量系統(tǒng)使用。1PT，2PT電壓互感器變比為12.7 kV/57.7 V/57.7 V/33.3 V，3PT 電壓互感器變比為12.7 kV/57.7 V/57.7 V/57.7 V。某水電站由1PT，2PT 提供二次電壓的發(fā)電機保護(hù)主要有復(fù)壓過流、發(fā)電機基波零序+三次諧波定子接地、失磁、失步保護(hù)4 類。由機端電壓互感器一次熔斷器熔斷引起的二次電壓變化，勢必會影響發(fā)電機保護(hù)正常運行。

2 一次熔斷器熔斷對發(fā)電機保護(hù)影響

某大型水電站巡檢人員發(fā)現(xiàn)A 套發(fā)電機保護(hù)裝置機端電壓三相不平衡(UA=58.36 V，UB=54.55 V，UC=58.32 V)，機端零序電壓明顯偏大(3U0=3.28 V)。經(jīng)停機查找，發(fā)現(xiàn)是機端電壓互感器B 相一次保險異常。如未能及時發(fā)現(xiàn)機端電壓波動，一次熔斷器的熔斷程度會進(jìn)一步加大，發(fā)電機保護(hù)裝置的采樣會無規(guī)律的突變，最終可能會對保護(hù)功能產(chǎn)生一定的影響。以RCS-985GW發(fā)電機保護(hù)裝置原理進(jìn)行分析。

2.1 對發(fā)電機復(fù)壓過流保護(hù)影響

發(fā)電機復(fù)壓過流定值：負(fù)序電壓4.62V，相間最低電壓70 V,過流定值1.13 A。負(fù)序電壓和相間低電壓為或關(guān)系。

2.1.1 PT 一次側(cè)單相熔斷的影響

機端單相電壓降低至50 V，延時10 s 裝置報PT 斷線閉鎖復(fù)壓過流保護(hù)。在裝置報出PT 斷線前機端電壓下降到44 V 時，保護(hù)裝置顯示復(fù)壓過流保護(hù)開放(負(fù)序電壓達(dá)到定值)，但由于過流定值未達(dá)到，保護(hù)不動作。如果短時單相電壓下降過快(10 s 內(nèi))，在復(fù)壓過流保護(hù)開放且PT 斷線信號未報出時增大電流至1.13 A，保護(hù)出口跳閘；在復(fù)壓過流保護(hù)開放且PT 斷線信號已報出時增大電流至1.13 A，保護(hù)不動作。

2.1.2 PT 一次側(cè)三相熔斷的影響

機端三相電壓降低至40 V，保護(hù)裝置顯示復(fù)壓過流保護(hù)開放(相間低電壓達(dá)到定值)，但由于過流定值未達(dá)到，保護(hù)不動作。機端電壓下降到18 V，延時10 s 保護(hù)裝置報PT 斷線。

如果短時三相電壓下降過快(10 s 內(nèi))，在復(fù)壓過流保護(hù)開放時(電壓為18 V ～40 V)增大電流至1.13 A，保護(hù)出口跳閘；在復(fù)壓過流保護(hù)開放時(電壓低于18 V，PT 斷線未報出)增大電流至1.13 A，保護(hù)出口跳閘；在復(fù)壓過流保護(hù)開放時(電壓低于18 V，PT 斷線已報出)增大電流至1.13 A，保護(hù)不動作。

結(jié)論：PT 一次側(cè)單相熔斷時，如果電壓衰減時間夠短(PT斷線報出之前)且伴隨有過載現(xiàn)象(電流大于1.13 A)，發(fā)電機復(fù)壓過流會出口跳閘。PT三相熔斷時，如果有過載現(xiàn)象(電流大于1.13 A)，發(fā)電機復(fù)壓過流會可能出口跳閘。

2.2 對發(fā)電機基波零序和三次諧波定子接地保護(hù) 影響

發(fā)電機基波零序電壓定值為5.17 V，三次諧波定子接地保護(hù)機端中性點、三次諧波電壓比率，并網(wǎng)前為3.2，并網(wǎng)后為3.0。

發(fā)電機基波零序電壓取自中性點接地變二次繞組，機端PT 一次側(cè)熔斷器熔斷，不論是電壓緩慢降低，還是機端一次側(cè)電壓突降為零，對基波零序電壓保護(hù)無影響。

當(dāng)機端PT 一次側(cè)熔斷器熔斷，可能會導(dǎo)致機端開口三角所測得的三次諧波電壓增大。在P=700 MW，Q=100 Mvar 時，B 相熔斷器熔斷三次諧波采樣對比及定值見表1。

表1 三次諧波電壓采樣對比及定值

機端2PT 一次側(cè)熔斷器熔斷，電壓持續(xù)下降，當(dāng)滿足機端PT 一次斷線(見表2)所列的判據(jù)之一時，裝置延時275 ms 報“機端TV 一次斷線閉鎖三次諧波”。對采用基波零序和三次諧波電壓比率原理定子接地的發(fā)電機B 套保護(hù)來說，此時可以閉鎖三次諧波電壓比率報警。若三次諧波電壓激增，三次諧波電壓比率先大于定值，而機端TV 一次斷線判據(jù)還未滿足，則可能出現(xiàn)三次諧波電壓比率定子接地保護(hù)報警，保護(hù)不會出口跳閘。

表2 機端PT 一次斷線判據(jù)

結(jié)論：機端PT 一次熔斷器熔斷，存在發(fā)電機B 套保護(hù)裝置三次諧波電壓比率定子接地報警的可能，但保護(hù)裝置不會出口跳閘。

2.3 對發(fā)電機失磁保護(hù)影響

失磁保護(hù)判據(jù)：低電壓判據(jù)，三相同時低電壓判據(jù)85 V，無功反向判據(jù)-10 %。

由于失磁保護(hù)為無功反向判據(jù)，我們只考慮發(fā)電機處于進(jìn)相運行(從系統(tǒng)吸收無功)狀態(tài)。在失磁阻抗動作邊界上拾取一個驗證點，根據(jù)歷史試驗數(shù)據(jù)改變機端熔斷相電壓，從而得出熔斷器熔斷對失磁保護(hù)的影響。

PT 一次側(cè)單相熔斷，相間低電壓判據(jù)無法滿足，失磁保護(hù)不會動作。

PT 一次側(cè)三相(兩相)熔斷，當(dāng)三相電壓降至31 V 且進(jìn)相時，失磁保護(hù)動作。

結(jié)論：PT 一次側(cè)單相熔斷對失磁保護(hù)無影響，兩相或三相熔斷同時機組處于進(jìn)相運行狀態(tài)時保護(hù)有可能誤出口。

2.4 對發(fā)電機失步保護(hù)的影響

失步保護(hù)阻抗元件計算采用發(fā)電機機端正序電壓、正序電流，測量阻抗軌跡需穿越阻抗平面，并在每個區(qū)域停留一定時限，計算保護(hù)滑極次數(shù)。PT 一次熔斷器熔斷時，不管是電壓緩慢下降，還是突然降低，裝置所測得的阻抗都不滿足失步繼電器動作特性。

結(jié)論：失步保護(hù)不會誤動。

3 PT 一次熔斷器運行狀態(tài)監(jiān)測

為解決發(fā)電機機端PT 一次熔斷器慢熔時保護(hù)裝置PT 斷線判據(jù)不能及時告警的問題，在目前基于電壓平衡原理的PT 斷線檢測方法的基礎(chǔ)上，提出一種基于零序電壓和二次諧波電壓故障特征量的PT 斷線判別方法。改進(jìn)后的判據(jù)動作于PT 一次側(cè)熔斷器慢熔斷線告警，能有效避免因熔斷器慢熔而導(dǎo)致機組誤強勵和定子接地保護(hù)誤動作的發(fā)生。

3.1 PT 一次熔斷器慢熔時機端電壓特征

在PT 一次側(cè)熔斷器慢熔過程中，因斷口電容值變化和雜散電感的影響，慢熔所在相二次電壓波形會出現(xiàn)畸變。在對曾發(fā)生的幾次PT 熔斷器慢熔故障數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波分析后，發(fā)現(xiàn)熔斷器慢熔故障會使零序電壓中諧波含量顯著增大，數(shù)據(jù)如表3 所示。

表3 零序電壓濾波分析

3.2 PT 一次熔斷器慢熔監(jiān)測方法

3 次事故中機端PT 開口三角均出現(xiàn)零序電壓且含有較高的諧波分量，并以二次諧波和三次諧波為主，因此可在現(xiàn)有發(fā)電機保護(hù)的基礎(chǔ)上，增加對事故前后的零序電壓基波分量和諧波分量的特征分析功能,取零序電壓中二次諧波和三次諧波含有率作為故障判別依據(jù)，再結(jié)合PT 開口三角電壓和機端自產(chǎn)零序電壓形成組合判據(jù)，當(dāng)諧波分量和零序電壓均大于設(shè)定值時發(fā)出告警信號，同時設(shè)置零序電壓高越線報警和諧波高越線報警功能，以便運維人員及時發(fā)現(xiàn)PT 一次熔斷器慢熔故障，防止保護(hù)裝置誤動造成事故擴(kuò)大。

4 結(jié)束語

通過分析發(fā)現(xiàn)，機端電壓互感器一次熔斷器熔斷對發(fā)電機的復(fù)壓過流保護(hù)、發(fā)電機基波零序+三次諧波定子接地保護(hù)、發(fā)電機失磁保護(hù)都會產(chǎn)生很大影響，甚至在某種工況下會導(dǎo)致保護(hù)裝置誤出口。為了最大限度的消除影響，快速定位故障熔斷器，更應(yīng)該探索一種監(jiān)測電壓互感器一次熔斷器運行狀態(tài)的方法，及時有效的發(fā)現(xiàn)故障熔斷器。在此類故障未對發(fā)電機保護(hù)裝置產(chǎn)生影響之前，發(fā)現(xiàn)故障，消除故障，從而避免因PT 一次熔斷器故障而導(dǎo)致的保護(hù)裝置誤動，使故障進(jìn)一步擴(kuò)大。