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发电机纵向零序电压型匝间保护误动的分析及技术改造
作者：时盛志 韩素贤
来源：《数字技术与应用》2011年第09期
摘要：本文参考某自备电厂的运行状况，简要介绍了发电机纵向零序电压型匝间保护的原理、构成，对保护装置运行过程中出现的问题进行了分析,从影响纵向零序匝间保护正确动作的各种因素入手详细分析其原因, 并通过技术改造较好的解决匝间保护不正确动作的问题。 关键词：发电机 匝间保护 纵向零序电压 负序功率方向元件
中图分类号：TH13 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)09-0205-02 1、引言
发电机定子绕组匝间短路会在短路环内产生较大电流,进而烧毁发电机。目前,纵向零序电压型匝间保护在国内的大、中型发电机上得到了广泛应用。运行实践表明,由于种种原因,该型匝间保护的正确动作率较低。但是,作为发电机匝间保护,用纵向零序电压作为主判据,在原理上是无可非议的。因此,只要在方案设计、定值整定及其他方面严格把关,就可提高纵向零序电压型匝间保护动作的可靠性。
2、纵向零序电压型匝间保护动作原理及构成
(1)反应零序电压的发电机匝间保护，适用于中性点没有引出三相6端子的发电机。电压取自专用全绝缘的TV开口三角，专用TV一次中性点与发电机中性点直接相连而不接地。所以，该电压互感器二次绕组不能用来测量相对地电压。当发电机正常运行时，反应匝间短路TV开口三角的零序电压3U0=0，保护不动作；当发电机内部或外部发生单相接地故障时，虽然三相对地电压不再平衡，但三相对中性点的电压仍然完全对称，同样反应定子绕组匝间短路TV开口三角的零序电压3U0=0，保护不动作；当发电机内部发生匝间短路或中性点不对称的各种相间短路时，破坏了三相对中性点的对称，产生了对中性点的零序电压，即纵向零序电压，在它的开口三角绕组才有输出电压，即反应定子绕组匝间短路TV开口三角的零序电压3U0≠0，保护正确动作[1]。
(2)纵向零序电压型匝间保护的主判据是纵向零序电压,它取自专用电压互感器的三次开口电压回路。因此,纵向零序电压实际上是发电机机端三相对发电机中性点的不平衡电压。为防止专用电压互感器一次断线,或专用电压互感器一次保险熔断时匝间保护误动,采用专用电压互
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感器断线闭锁装置。此外,为防止外部故障时可能造成匝间保护误动,需要增加负序功率方向元件判断故障发生在机内还是在外部系统中[2]。
3、某发电厂发电机纵向零序电压型匝间保护存在的问题分析
某发电厂发电机纵向零序电压匝间保护和发电机差动保护都是通过阿海法P344保护装置实现，它们共用同一个出口。匝间保护所用零序电压来自专用电压互感器3FYH的开口三角，电压互感器1FYH的开口三角是给发电机定子绝缘监测使用。由于设计时保护装置的局限性，匝间保护没有设置负序方向功率闭锁条件，纵向零序电压型匝间保护框图如图1所示。 2010年11月9日，发电机匝间保护动作，发电机跳闸。故障记录显示B相差动电流为12.26A，零序电压323.7V，负序电流17.42A，UAN=6.12KV，UBN=6.11V，UCN=6.14KV；UAB=10.53KV，UBC=10.51V，UCA=10.61KV，各相电流值正常。零序电压匝间保护设定值为3V，PT变比为100/1，323.7V/100=3.237V﹥3V，即匝间保护动作值已经大于保护设定值，匝间保护应该动作出口。
根据此次发电机匝间保护动作的现象对发电机的一次回路和二次回路进行了检查，没有发现问题。由于没有查出原因，检查人员给出的结论是匝间保护没有设置负序方向功率闭锁条件，由于外部电压波动导致匝间保护误动作，发电机跳闸。为了防止匝间保护的再次误动作而导致发电机跳闸，保护装置厂家建议先将匝间保护的动作出口跳闸改为发信号，如果真是匝间保护动作，装置报警则不能复归，运行人员可以采取紧急停机措施。
2011年2月11日09:41:00.290，2号发电机匝间保护再次动作，由于此前将保护出口跳闸改为信号，此次匝间保护动作没有跳开发电机。继电保护人员将报警复位后报警灯熄灭，证明此次匝间保护动作又是一次误信号。查看本次故障记录显示，零序电压为11.13KV，负序电流为14.84A，其他参数正常。同时发现发电机的后备保护P143报警灯亮，查看报警动作时间为2011年2月11日09:41:00.121，后备保护故障报文是PT断线监视，故障记录显示UAN=11.12KV，UBN=637.7V，UCN=11.16KV，UN=20.24KV，其他参数正常。
从故障录波查看电压波形，可看到发电机定子B相电压有短时间波动，电压非常低；从故障列表也可以看到B相欠电压，并且反应定子绝缘的电压3U0突变起动。发电机后备保护所用电压及故障录波所用电压均采自发电机机端电压互感器1FYH，从这两次的匝间保护动作及后备保护动作的故障记录进行分析，可得出以下几个可能的推断：
(1)根据后备保护故障记录显示UAN=11.12KV，UBN=637.7V，UCN=11.16KV，UN=20.24KV，可分析此故障是由B相接地所引起，根据故障后系统继续正常运行及UBN=637.7V，说明B相是暂态不完全接地故障。发电机后备保护所用电压采自机端电压互感器1YFH，此现象说明电压互感器1YFH的一次侧B相接线有虚接的可能。
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(2)发电机后备保护所用电压采自机端电压互感器1YFH，匝间保护零序电压采自电压互感器3YFH的开口三角。故障时匝间保护故障记录显示三相电压均正常，说明电压互感器3YFH一、二次应该没有问题。然而匝间保护故障记录却显示零序电压11.13KV，负序电流为14.84A，正常情况下机端电压互感器1YFH有接地故障不会影响匝间保护，除非二次回路接线有错误，如果将电压互感器1YFH的开口三角电压接线误接到匝间保护的电压端子，则会影响匝间保护的动作。
(3)正常情况下电压互感器1YFH的开口三角电压是给发电机定子接地保护专用，本次故障有明显的B相接地现象，而发电机定子接地保护却没有发出告警，由此可以猜测是电压互感器1YFH的开口三角电压没有送到定子保护的开入口，而且很有可能跟电压互感器3YFH的开口三角电压被互换。如果这种情况属实，那么在发电机匝间故障真正出现时，匝间保护根本不会动作，这时发电机就会受到严重损坏。
(4)在发电机运行过程中电压互感器1YFH可能受振动导致B相接触不良，从而造成PT单相暂时性接地或一次断线（包括接触不良或抖动），在电压互感器1YFH的开口绕组短时间出现较大的零序电压。
(5)发电机匝间保护要受PT断线闭锁的限制，为什么装置已经发出PT断线闭锁信号，匝间保护还要动作。可得出以下两种可能的分析：1)发电机后备保护电压采自电压互感器1YFH，匝间保护所用电压采自电压互感器3YFH。1YFH发出的PT断线闭锁信号不会影响匝间保护的出口动作；2)PT断线闭锁延时时间大于匝间保护动作延时，PT断线闭锁装置动作时间太长，大于零序电压继电器动作时间，造成匝间保护的动作出口。 4、零序匝间保护的停机检查及技术改造
匝间保护是发电机的主保护，将出口跳闸改为信号是非常危险的措施，应尽快对发电机停机检查并进行技术改造。
(1)线路检查。发电机停机时，仔细检查了一次回路和二次回路，检查发现电压互感器1YFH、3YFH的开口三角的二次接线被接反；1YFH、3YFH的二次侧接线均有松动迹象。 (2)定值修改。PT断线闭锁装置动作时间要小于匝间保护动作时间，对纵向零序电压元件增加150ms的小延时。
(3)增加匝间保护负序功率方向闭锁功能。纵向零序电压型匝间保护,为防止误动,除有专用TV断线闭锁外,还应有负序功率方向闭锁；负序功率方向元件的动作方向应由发电机定子结构决定。
改造后的匝间保护跳闸的逻辑框图如图2所示。
通过上述技术改造后，重新启动发电机，经过一段时间的运行后，发电机运行正常。