吕亚东

摘要

介绍了常用的三次谐波电压定子接地保护的工作原理，从原理和人为因素两方面讨论了现阶段三次谐波电压定子接地保护误动作的原因，分析认为：现阶段三次谐波电压定子接地保护误动可能是由于人为因素原因造成的，通过对一起发电机定子三次谐波保护误发信的原因分析和处理，阐明了PT开口三角二次回路接触不良是定子三次谐波保护误发信的人为因素原因之一，并举一反三的总结了此类人为因素的原因，提出了查找思路和运行操作等注意事项。

【關键词】电压互感器 接触不良 定子接地保护 三次谐波 人为因素

1 机组概况

赤峰能源机组容量为2×135MW汽轮发电机组，机端额定电压为15.75kV，发电机保护采用双重化配置，A、B套保护均采用南瑞继保的RCS-985C微机型发电机保护装置。

2 发电机定子接地保护

2.1 零序电压定子接地保护原理

定子接地保护采用基波零序电压，保护发电机85～95%的定子绕组单相接地，基波零序电压保护反应发电机零序电压大小。由于保护采用了频率跟踪、数字滤波及全周傅氏算法，使得零序电压对三次谐波的滤除比达100以上，保护只反应基波分量。

2.2 三次谐波定子保护原理

2.2.1 三次谐波电压比率定子接地保护

三次谐波电压比率判据只保护发电机中性点25%左右的定子接地，机端三次谐波电压取自机端开口三角零序电压，中性点侧三次谐波电压取自发电机中性点变压器。

三次谐波保护动作方程：U3T/U3N>K3wzd

式中：U3T、U3N为机端和中性点三次谐波电压值，K3wzd为三次谐波电压比率整定值。机组并网前后，机端等值容抗有较大的变化，因此三次谐波电压比率关系也随之变化，RCS-985C微机型发电机保护装置在机组并网前后各设一段定值，随机组出口断路器位置接点变化自动切换。三次谐波电压比率判据可选择动作于跳闸或信号。

2.2.2 三次谐波电压差动定子接地保护三次谐波电压差动判据：

式中为中性点、机端三次谐波电压向量，为自动跟踪调整系数向量，kre为三次谐波差动比率定值。本判据在机组并网后且负荷电流大于0.2Ie（发电机额定电流）时自动投入。三次谐波电压差动判据动作于信号。

2.2.3 机端PT断线原理

机端PT断线报警动作判据：

（1）正序电压小于18V，且任一相电流大0.04In;

（2）负序电压3U2大于8V。

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

3 事件经过

2011年9月15日22时21分，赤峰能源#1机组DCS报发变组B套保护装置告警，经查#1发变组B套保护装置“三次谐波电压差动”报警。

对#1发变组A、B套保护采样数据进行比较，发现B套保护装置机端零序电压偏大，机端三次谐波偏小，三次谐波差电压增大，具体数据如表1所示。

4 原因分析

4.1 引起三次谐波误动的因素一般有以下几个方面：

（1）保护配有多余的移相回路。

（2）电压互感器断线。

（3）冷却水水质不良。

（4）电压互感器熔断器问题。

（5）同期回路影响。

（6）干扰问题。

（7）二次回路中Us与Un极性接反。

（8）保护装置自身问题。

4.2 因为#1机组已运行十个月，以前未发生异常现象，分析应该为（2）或（4）或（8）原因引起，进一步细化为以下五种原因引起.

（1）电压互感器二次回路接触不良。

（2）电压互感器熔断器没有压紧。

（3）电压互感器熔断器熔丝问题。

（4）电压互感器小车未推到位引起。

（5）保护装置采集板件问题。

4.3 保护动作情况分析

4.3.1 机端PT断线

机端PT断线判据和机端PT一次断线判据均不成立，所以保护装置未发PT断线，也不闭锁三次谐波差动信号。

4.3.2 三次谐波差动信号

根据三次谐波差动原理：A套保护装置三次谐波电压差值0.03小于三次谐波差动比率定值与中性点三次谐波乘积1.12×3.24=3.62，不符合三次谐波差动信号方程，所以三次谐波差动信号不动作;B套保护装置三次谐波电压差值3.81大于三次谐波差动比率定值与中性点三次谐波乘积1.12×3.33=3.73，符合三次谐波差动信号方程，所以三次谐波差动信号动作正常。

4.3.3 三次谐波电压比率信号

根据三次谐波比率原理：A套保护装置机端三次谐波/中性点三次谐波=2.37/3.24=0.73，小于三次谐波比率定值1.12，所以三次谐波电压比率信号不动作;B套保护装置机端三次谐波/中性点三次谐波=0.4/3.33=0.12，小于三次谐波比率定值1.12，所以三次谐波电压比率信号不动作。

5 检查及处理

5.1 通过眼观的形式

对PT一次熔断器压片进行检查，未发现有未压紧现象，对PT小车触头进行检查未发现触头有接触不良的现象，基本上排除了PT一次熔断器及小车未推到位问题引起异常的可能

5.2 同时考虑发变组A套保护装置采集数据正确，发变组B套保护装置采集数据不正确，所以可以确切的排除（2）、（3）、（4）原因，并且保护装置采集的中性点数据正常，初步锁定为以下两条原因：

（1）引至发变组B保护装置机端PT二次线接触不良。

（2）发变组B保护装置采集板件问题。

5.3 机端PT二次回路检查

对涉及发变组PT二次回路的端子排从发变组保护屏、4.5米发变组端子箱、0米发电机小室PT柜进行全面检查，未发现有端子松动现象。用示波器和高等级万用表对发变组二次回路在端子排处进行分段检测、录波、测量。先对0米发电机小室PT根部二次进行检测，输出正常，进一步排除PT一次设备存在异常。后对45米发变组端子箱二次进行检测，输出正常，又对发变组保护屏二次进行检测，A柜正常，B柜机端零序电压及三次谐波数据存在偏差，排除了保护装置采集板件问题，同时初步判断为4.5米至保护B柜PT二次线存在问题，根据图纸对保护B柜至4.5米PT二次线——进行校对检查，发现4.5米端子箱内PT二次线输出用端子排连接片（线芯编号为L613）接触不良，造成至B套保护采集PT二次信號存在偏差，对连接片进行处理后，B套保护机端零序电压及三次谐波数据恢复正常，三次谐波差动告警消失。

6 结束语

通过此次对机端PT二次回路中一连接片接触不良导致保护装置异常报警信号的分析查找，为今后处理类似事件积累了一定的经验，同时也引起专业人员深思、吸取工作教训。

（1）目前发变组保护装置已经很成熟，所以一般不要怀疑保护装置误动，当出现异常时应首先排除其它人为因素。

（2）对于三次谐波电压比率信号出现，并不一定表明中性点附近有接地现象，它受机端PT的测量影响很大，尤其是PT出现问题，例如一次部分的动触头和静触头接触不良引起动、静触头间放电，或PT绕组有匝间短路的异常问题等引起机端PT测量波形出现畸变，存在大量三次谐波分量，开口三角形也感应出大量的三次谐波分量。

（3）对于三次谐波电压差动信号出现，并不一定是一次设备引起的，多数情况下是PT二次回路接触不良影响，因为保护装置直接采集PT开口三角的电压量，所以开口三角二次线接触不良极易引起三次谐波差压分量，特别是两套保护中只有一套三次谐波分量异常，基本上可判断为PT二次回路接触不良。

（4）三次谐波异常事件原因多为人为因素，从人为因素方面分析，在发电机调试和运行过程中，很多三次谐波定子接地保护误发信不是由于原理本身的问题，而是人为因素造成的，包括设计不合理、定值设定不合理、调试和维护不良等。常见的人为因素有保护配有多余的移相回路;电压互感器断线误闭锁，使得保护拒动;冷却水水质不良;电压互感器相熔断器没有压紧;同期回路的影响;干扰问题;二次回路中的极性接反等等。

（5）当发电机出现三次谐波定子接地保护误发信时，可以首先检查一下以上常见的与原理无关的人为因素，这样可以为快速找到事故的根源提供捷径。

（6）定子三次谐波误发信号是发电机易出现的故障之一，保证二次测量接线正确、一次PT操作到位是重要的反事故措施。恢复PT时应注意仔细检查PT的一次小车位置、一次保险情况、二次空开情况、二次线及端子排紧固情况，就可以避免此类故障。

参考文献

[1]《RCS-985系列大型汽轮发电机变压器成套保护装置技术说明书》、南京南瑞继保电气有限公司，2008.

[2]张灿斌.汽轮发电机三次谐波电压定子接地保护的误动分析[J].广东电力，2004（03）.

[3]施林全，徐小豪.发电机三次谐波定子接地保护特性和误动分析[J].云南水力发电，2009（04）.