楊 濤，楊趙升，孔 彬，王祖順

(中國(guó)長(zhǎng)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(cè)量系統(tǒng)的重要測(cè)量設(shè)備。PT 一、二次回路的完整性、正確性對(duì)發(fā)電機(jī)保護(hù)功能起著關(guān)鍵作用。

通過(guò)對(duì)水電站機(jī)端PT 運(yùn)行情況進(jìn)行趨勢(shì)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(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置采樣異常(故障相電壓降低、機(jī)端零序電壓增加)。但是，如此造成的數(shù)據(jù)異常大多因?yàn)樽兓刻?，不能快速的啟?dòng)發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置動(dòng)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(jī)保護(hù)裝置誤動(dòng)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(shì)的情況下，提前分析一次熔斷器熔斷對(duì)發(fā)電機(jī)保護(hù)功能影響，探索有效監(jiān)測(cè)一次熔斷器運(yùn)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(jī)機(jī)端設(shè)有3 組小車(chē)式電壓互感器(1PT，2PT，3PT)，其中1PT，2PT 各配置3 個(gè)二次繞組(2 個(gè)星型繞組，1 個(gè)開(kāi)口三角繞組)，供發(fā)電機(jī)保護(hù)A，B 套、勵(lì)磁系統(tǒng)、調(diào)速系統(tǒng)使用。3PT 配置3 個(gè)星型繞組，供計(jì)量測(cè)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(jī)保護(hù)主要有復(fù)壓過(guò)流、發(fā)電機(jī)基波零序+三次諧波定子接地、失磁、失步保護(hù)4 類(lèi)。由機(jī)端電壓互感器一次熔斷器熔斷引起的二次電壓變化，勢(shì)必會(huì)影響發(fā)電機(jī)保護(hù)正常運(yùn)行。

2 一次熔斷器熔斷對(duì)發(fā)電機(jī)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(jī)保護(hù)裝置機(jī)端電壓三相不平衡(UA=58.36 V，UB=54.55 V，UC=58.32 V)，機(jī)端零序電壓明顯偏大(3U0=3.28 V)。經(jīng)停機(jī)查找，發(fā)現(xiàn)是機(jī)端電壓互感器B 相一次保險(xiǎn)異常。如未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)端電壓波動(dòng)，一次熔斷器的熔斷程度會(huì)進(jìn)一步加大，發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置的采樣會(huì)無(wú)規(guī)律的突變，最終可能會(huì)對(duì)保護(hù)功能產(chǎn)生一定的影響。以RCS-985GW發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置原理進(jìn)行分析。

2.1 對(duì)發(fā)電機(jī)復(fù)壓過(guò)流保護(hù)影響

發(fā)電機(jī)復(fù)壓過(guò)流定值：負(fù)序電壓4.62V，相間最低電壓70 V,過(guò)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(jī)端單相電壓降低至50 V，延時(shí)10 s 裝置報(bào)PT 斷線閉鎖復(fù)壓過(guò)流保護(hù)。在裝置報(bào)出PT 斷線前機(jī)端電壓下降到44 V 時(shí)，保護(hù)裝置顯示復(fù)壓過(guò)流保護(hù)開(kāi)放(負(fù)序電壓達(dá)到定值)，但由于過(guò)流定值未達(dá)到，保護(hù)不動(dòng)作。如果短時(shí)單相電壓下降過(guò)快(10 s 內(nèi))，在復(fù)壓過(guò)流保護(hù)開(kāi)放且PT 斷線信號(hào)未報(bào)出時(shí)增大電流至1.13 A，保護(hù)出口跳閘；在復(fù)壓過(guò)流保護(hù)開(kāi)放且PT 斷線信號(hào)已報(bào)出時(shí)增大電流至1.13 A，保護(hù)不動(dòng)作。

2.1.2 PT 一次側(cè)三相熔斷的影響

機(jī)端三相電壓降低至40 V，保護(hù)裝置顯示復(fù)壓過(guò)流保護(hù)開(kāi)放(相間低電壓達(dá)到定值)，但由于過(guò)流定值未達(dá)到，保護(hù)不動(dòng)作。機(jī)端電壓下降到18 V，延時(shí)10 s 保護(hù)裝置報(bào)PT 斷線。

如果短時(shí)三相電壓下降過(guò)快(10 s 內(nèi))，在復(fù)壓過(guò)流保護(hù)開(kāi)放時(shí)(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(guò)流保護(hù)開(kāi)放時(shí)(電壓低于18 V，PT 斷線未報(bào)出)增大電流至1.13 A，保護(hù)出口跳閘；在復(fù)壓過(guò)流保護(hù)開(kāi)放時(shí)(電壓低于18 V，PT 斷線已報(bào)出)增大電流至1.13 A，保護(hù)不動(dòng)作。

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

2.2 對(duì)發(fā)電機(jī)基波零序和三次諧波定子接地保護(hù) 影響

發(fā)電機(jī)基波零序電壓定值為5.17 V，三次諧波定子接地保護(hù)機(jī)端中性點(diǎn)、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(jī)基波零序電壓取自中性點(diǎn)接地變二次繞組，機(jī)端PT 一次側(cè)熔斷器熔斷，不論是電壓緩慢降低，還是機(jī)端一次側(cè)電壓突降為零，對(duì)基波零序電壓保護(hù)無(wú)影響。

當(dāng)機(jī)端PT 一次側(cè)熔斷器熔斷，可能會(huì)導(dǎo)致機(jī)端開(kāi)口三角所測(cè)得的三次諧波電壓增大。在P=700 MW，Q=100 Mvar 時(shí)，B 相熔斷器熔斷三次諧波采樣對(duì)比及定值見(jiàn)表1。

表1 三次諧波電壓采樣對(duì)比及定值

機(jī)端2PT 一次側(cè)熔斷器熔斷，電壓持續(xù)下降，當(dāng)滿足機(jī)端PT 一次斷線(見(jiàn)表2)所列的判據(jù)之一時(shí)，裝置延時(shí)275 ms 報(bào)“機(jī)端TV 一次斷線閉鎖三次諧波”。對(duì)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(jī)B 套保護(hù)來(lái)說(shuō)，此時(shí)可以閉鎖三次諧波電壓比率報(bào)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(jī)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(bào)警，保護(hù)不會(huì)出口跳閘。

表2 機(jī)端PT 一次斷線判據(jù)

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

2.3 對(duì)發(fā)電機(jī)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(shí)低電壓判據(jù)85 V，無(wú)功反向判據(jù)-10 %。

由于失磁保護(hù)為無(wú)功反向判據(jù)，我們只考慮發(fā)電機(jī)處于進(jìn)相運(yùn)行(從系統(tǒng)吸收無(wú)功)狀態(tài)。在失磁阻抗動(dòng)作邊界上拾取一個(gè)驗(yàn)證點(diǎn)，根據(jù)歷史試驗(yàn)數(shù)據(jù)改變機(jī)端熔斷相電壓，從而得出熔斷器熔斷對(duì)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(wú)法滿足，失磁保護(hù)不會(huì)動(dòng)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(shí)，失磁保護(hù)動(dòng)作。

結(jié)論：PT 一次側(cè)單相熔斷對(duì)失磁保護(hù)無(wú)影響，兩相或三相熔斷同時(shí)機(jī)組處于進(jìn)相運(yùn)行狀態(tài)時(shí)保護(hù)有可能誤出口。

2.4 對(duì)發(fā)電機(jī)失步保護(hù)的影響

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

結(jié)論：失步保護(hù)不會(huì)誤動(dòng)。

3 PT 一次熔斷器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)

為解決發(fā)電機(jī)機(jī)端PT 一次熔斷器慢熔時(shí)保護(hù)裝置PT 斷線判據(jù)不能及時(shí)告警的問(wèn)題，在目前基于電壓平衡原理的PT 斷線檢測(cè)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(dòng)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(jī)組誤強(qiáng)勵(lì)和定子接地保護(hù)誤動(dòng)作的發(fā)生。

3.1 PT 一次熔斷器慢熔時(shí)機(jī)端電壓特征

在PT 一次側(cè)熔斷器慢熔過(guò)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(huì)出現(xiàn)畸變。在對(duì)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(huì)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(cè)方法

3 次事故中機(jī)端PT 開(kāi)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(jī)保護(hù)的基礎(chǔ)上，增加對(duì)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(kāi)口三角電壓和機(jī)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(shí)發(fā)出告警信號(hào)，同時(shí)設(shè)置零序電壓高越線報(bào)警和諧波高越線報(bào)警功能，以便運(yùn)維人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)PT 一次熔斷器慢熔故障，防止保護(hù)裝置誤動(dòng)造成事故擴(kuò)大。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，機(jī)端電壓互感器一次熔斷器熔斷對(duì)發(fā)電機(jī)的復(fù)壓過(guò)流保護(hù)、發(fā)電機(jī)基波零序+三次諧波定子接地保護(hù)、發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)都會(huì)產(chǎn)生很大影響，甚至在某種工況下會(huì)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(cè)電壓互感器一次熔斷器運(yùn)行狀態(tài)的方法，及時(shí)有效的發(fā)現(xiàn)故障熔斷器。在此類(lèi)故障未對(duì)發(fā)電機(jī)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(dòng)，使故障進(jìn)一步擴(kuò)大。