湛江发电厂300+MW汽轮发电机定子绕组匝间保护误动分析及改进

文章编号!1007-290X200404-0070-04湛江发电厂300M W汽轮发电机定子绕组匝间保护误动分析及改进詹田友!林达(湛江发电厂9广东湛江524099)摘要!由纵向零序电压原理构成的发电机定子绕组匝间保护因故障电压整定值较小9容易出现误动G结合湛江发电厂3号\4号发电机匝间保护误动情况9对发电机定子匝间保护的构成和特性等进行了分析9指出增加具有故障特征量的负序功率方向闭锁9改进电压互感器断线闭锁功能可以有效减少该匝间保护的误动G关键词!发电机S匝间保护S电压互感器断线闭锁S误动中图分类号!TM772C TM623.3文献标识码!BFault anal y s is and i m p rove m ent on t urn-t o-t urn p rotecti on f or st at or w i ndi n g s of300MW g enerat ors i n Zhan j i an g Power P l antZHAN T i an-y ou LI N D aZhan]ian g PoWer P lant Zhan]ian g Guan g don g524099Chi naAbstract The t ur n-t o-t ur n P r ot ecti on f or g ener at or st at or W i ndi n g s based on t he t heor y of l on g it udi nal zer o-se]uence vo lt a g e is of i nade]uat e f ault y vo lt a g e setti n g s and oft en causes undesired tri P of units.This P a P er descri bes t he m iso P er ati on of t he t ur n-t o-t ur n P r ot ecti on f or t he g ener at ors of unit3and unit4i n Zhan]ian g PoWer P l ant and anal y zes t he confi g ur ati on and f eat ures of t he P r ot ecti on.The m et hods of addi n g t he i nt erl ock ele m ent based on ne g ati ve-se]uence directi onal P oWer W it h f ault char act eristic]uantit y and i m P r ovi n g t he i nt erl ock ele m ent of vo lt a g e tr ansf or m er disconnecti on are P ut f or War d t o achieve t he reliable o P er ati on of t he rela y.K e y words g ener at or t ur n-t o-t ur n P r ot ecti on vo lt a g e tr ansf or m er disconnecti on i nt erl ock undesired tri P湛江发电厂3号4号发电机是东方电机厂制造的OFSN-300-2型发电机励磁方式为三机励磁冷却方式为水氢氢额定转速为3000 r m i n发电机采用高电阻接地采用单元接线与系统联结的方式发电机变压器组保护装置为南京自动化设备总厂的W FBZ-01型微机保护定子绕组匝间采用三次谐波制动零序电压保护1汽轮发电机匝间保护系统误动1.1第一次异常情况1999年5月11日16时26分3号机组带负荷有功运行缓慢升至230MW时机组跳闸定子接地保护发电机匝间保护信号告警热工温度信号亦告警当时保护装置记录的参数如下a匝间灵敏段零序电压的基波分量U1= 27.21V三次谐波分量U3=3.77V保护整定值为4Vb匝间次灵敏段零序电压的基波分量U1= 27.21保护整定值为8Vc定子绕组接地零序电压三次谐波的动作分量U3act=6.30V制动分量U3st art=3.76V 机组跳闸后检查发现发电机定子绝缘正常于是对发电机进行交直流耐压试验直流泄漏试验直流电阻试验检验外围的封闭母线避雷器电压互感器TV均未发现异常情况机组投入正常运行第17卷第4期广东电力Vo l.17No.4 2004年8月GUANGD0NG ELECTRI C P0W ER A u g.2004收稿日期!2004-03-181.2第二次异常情况2002年12月31日6时20分4号机带210 MW负荷运行时发电机TV2TV3断线定子接地定子匝间保护信号告警4号发电机跳闸当时保护装置记录的参数如下a匝间灵敏段零序电压的基波分量U1=9.85 V三次谐波分量U3=0.45V保护整定值为4 Vb匝间次灵敏段零序电压的基波分量U1= 9.87V保护整定值为8V经初步检查保护系统没有异常迹象为进一步查明故障停机检查对发电机进行了定子绝缘直流电阻交流耐压直流耐压直流泄漏等试验对TV本体进行了直流电阻绝缘TV特性等试验检查对接地变压器进行了直流电阻绝缘一次电缆试验检查对保护装置进行采样电缆屏蔽TV断线闭锁二次接线抗干扰等项目的检查试验对发电机内部进行外观检查均未发现异常2003年1月4日1时50分机组并网投入正常运行3号机组和4号机组在运行中出现相同的定子绕组匝间保护动作可是分析保护动作量及当时的参数特征两次匝间保护动作正确都伴随有定子接地三次谐波信号好像一次设备真有故障发生但进一步检查分析一次二次设备均无异常2发电机定子绕组匝间保护分析2.1定子绕组匝间保护构成湛江发电厂3号4号发电机定子绕组匝间保护逻辑见图1在图1中零序电压取自发电机专用电压互感器TV2的开口三角形绕组零序电压中三次谐波不平衡量由数字傅氏滤波器滤除为了更准确灵敏地反应内部匝间故障同时又防止外部短路时保护误动该保护逻辑以纵向零序电压中三次谐波特征量的变化来区分内部和外部故障2.2三次谐波闭锁量发电机三次谐波电压主要与发电机结构负荷有关发电机的定子绕组定子铁心转子铁心绝对不可能三相对称和平衡其结果是在TV开口三角出现较大的不平衡三次谐波电压湛江发电厂4号机组在不同负荷时的三次谐波电压见表1湛江图1发电机定子绕组匝间原保护逻辑发电厂2号机组的录波中与3号机和4号机同型分别记录了主变压器高压侧W相接地机组甩负荷正常运行时的三次谐波电压具体数值见表2由此可见三次谐波电压的大小主要随机组负荷变化的即便在外部短路时其变化也不是非常显著也难以在外部发生故障时保证可靠闭锁匝间保护但在发电机内部故障时基本不变因此纵向三次谐波电压不是发电机匝间故障的一个电气特征量表14号机组在不同负荷时三次谐波电压的比较机组负荷MW匝间零序电压有效值V保护装置采集零序电压保护装置采集三次谐波电压万用表实测电压00.010.520.532200.01 4.05 3.923000.01 4.4 2.84表22号机组在不同工况时三次谐波电压的比较运行工况三次谐波电压V初始最大机组正常甩负荷 4.4 5.5主变压器高压侧W相接地4.65.5机组正常并列 1.0 1.12.3保护特性分析在两次发电机匝间保护系统出现异常动作中均呈现较大的三倍纵向零序电压3U三次谐波及TV断线均未闭锁保护出口在运行中出现较大的3U原因有三相参数不对称包括发电机定子特性不一致3U中的三次谐波过滤特性不好外界电压耦合如出现高压近距离接地故障随着一次二次设备制造工艺技术水平的提高特别采用微机数字滤波处理后正常运行中的3U很小17第4期詹田友等湛江发电厂300MW汽轮发电机定子绕组匝间保护误动分析及改进一般不大于0.1V0一般纵向零序过电压整定值较低9规程规定为23V9但是9在大型发电厂中9受干扰信号等的影响9很难保证零序过电压值低于标准规定值9这就要求保护系统应能防止干扰信号引起的误动0在采用的三次谐波制动纵向零序过电压保护中9近距离的区外故障发电机的三次谐波电压没有明显增加9起不到闭锁区外故障引起保护误动的作用9在内部故障中不能识别故障9一直开放闭锁9可见起不到闭锁功能0同样采用根据机端相电流比率制动的零序电压保护9尽管在防止区外误动方面有效9但对TV回路干扰引起的误动也无能为力0动作量低9闭锁不可靠是该保护产生误动的根本原因0发电机定子绕组匝间保护属于快速主保护9可靠的TV断线闭锁对防止匝间保护误动至关重要9原保护中无TV断线闭锁9根据纵向零序过电压U.0=(U.U+U.V+U.W)可知9在TV断线和TV一\二次保险发生缓慢熔断时9会出现与匝间故障相同的3U.0大型发电机机端一般均装设有三组TV9其中一组是匝间保护专用TV9两组普通TV9完全可以设置较准确\灵敏的TV断线闭锁逻辑03改进措施东方电机厂制造的@FSN-300-2型发电机同槽\同相占总槽数的40%0由于线棒固有缺陷\运行中机械磨损\应力损伤\汇水管集污等原因9发电机可能存在定子匝间短路0对机组保护动作正确率的统计了解到9定子绕组匝间保护正确动作率只有39.29%9为此9提高匝间保护的可靠性就十分必要9必须制定有效的改进措施03.1增加负序功率方向的闭锁根据DL/T6841999<大型发电机变压器继电保护整定计算导则>中的4.1.7对纵向零序过电压保护的规定:为防止外部短路误动作9可增设负序方向继电器9后者具有动合触点9当发电机内部短路时9触点闭合0 这样9当发电机发生相间短路\匝间短路及分支开焊等不对称故障时9负序功率P2由发电机流出;当系统发生不对称故障\非全相运行\负荷不平衡时9负序功率P2流向发电机0因此根据机端负序功率P2的流向可区分发电机是否发生内部不对称故障0为防止由于专用TV三次回路多点接地或其他不明原因造成在匝间保护输入回路中产生较大的基波电压致使保护误动9可以增设负序功率方向元件0增加的负序功率方向指向系统9即当由发电机输出负序功率时9该闭锁元件动作9允许匝间保护出口0此种闭锁方向又称允许式9这样9该保护只有在两个条件同时发生时才允许保护出口9其逻辑关系详见图20这种形式的保护9其优点是可以避免出现类似的纵向零序电压回路干扰\TV接触不良引起的误动问题;缺点是影响定子绕组匝间保护的灵敏性9但对于微机型保护装置9功率方向元件的动作功率很小9保护灵敏度的降低影响不会太大03.2改进TV断线闭锁改进TV断线闭锁逻辑0TV断线闭锁应具备的功能:防止TV断线\TV的一\二次保险出现缓慢熔断及纵向零序电压回路干扰引起的误动0方法是除采用传统的平衡式低电压\负序电压闭锁外9还采用如下逻辑9避免TV回路问题引起的误动:a)为了防止专用的TV一次\二次断线9可设专用TV负序电压值大于整定值;专用TV自产零序电压值大于整定值;普通TV负序电压值大于整定值0b)为了防止纵向零序电压回路干扰引起保护误动9可设专用TV自产零序电压值大于整定值;专用TV测量零序电压值大于整定值0改进后的逻辑(见图2)9可保证发电机并网前后均有保护9可从引入电流或开关量判别发电机是否并网9以解除\投入负序功率方向图2发电机定子绕组匝间保护改造后的逻辑U.09act纵向零序过电压整定值;P2负序功率;I.09start发电机并网判别电流;发电机变压器组合闸发电机变压器组出口开关合闸状态027广东电力第17卷4结束语湛江发电厂汽轮发电机纵向零序过电压匝间保护系统因故障电压整定值设置较小 抗干扰能力较差 出现误动概率高的现象 为了避免这种情况出现 在保护逻辑中增加 允许式 负序功率方向闭锁功能模块 实现双故障量与门出口的同时 改进TV 断线闭锁功能 进一步提高匝间保护的可靠性参考文献!1I DL /T 684-1999 大型发电机变压器继电保护整定计算导则S I2I 王维俭 电气主设备继电保护原理与应用 M I 北京=中国电力出版社 2002作者简介!詹田友(1964HH 9男9广东湛江人9电气工程师9工学学士9长期从事电厂运行和管理工作O37第4期詹田友等=湛江发电厂300MW 汽轮发电机定子绕组匝间保护误动分析及改进。