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《電氣技術雜志》2014年第七期

1保護投運時的檢查問題

機組首次起動試驗過程中，要在各種不同工況下對保護進行檢查，以確認保護的完全正確性，才能正式投入運行。要注意保護電流通道的選取。各個廠家對于發電機阻抗計算用電流會略有差異，有取機端電流和中性點電流兩種情況。對于兩種情況下阻抗特性有差異的，需要在做保護裝置靜態校驗時結合定值和通道定義注意校核。若取中性點電流，則阻抗特性一般近似為方向阻抗繼電器，反方向阻值近似為零。若取發電機機端電流，則阻抗特性多為偏移特性的阻抗繼電器，且正向阻抗遠大于反方向阻抗。需要特別注意，對于發電機區外故障，不管阻抗保護選擇機端電流還是選擇中性點電流，電流大小方向一致，故障點在阻抗平面上的位置也一樣，故正方向的阻抗定值也應該一致。并非選擇中性點電流時正方向阻抗就是發電機阻抗加上主變阻抗再加上線路阻抗的一部分，而選擇機端電流時正方向阻抗就是主變阻抗加上線路阻抗的一部分。當然對于發電機內部故障，根據多位學者研究結果表明，低阻抗保護不適宜作為發電機定子繞組內部相間短路的后備保護。發電機阻抗保護可作為發電機機端引出線以及機端所連接設備的后備保護，不能作為發電機內部故障的后備保護，故建議發電機相間后備配置復壓（記憶）過流保護，建議退出發電機阻抗保護功能。對于大型發電機組中性點一般按多分支引出，簡單取中性點和電流是不合理的，故中性點有多分支電流引出時，一般取機端電流作為發電機阻抗保護用電流通道。故采用偏移特性阻抗繼電器。同理，主變后備也采用偏移特性阻抗繼電器。主變阻抗保護安裝在主變高壓側，宜按照偏移阻抗圓整定，作為變壓器引出線、母線以及輸電線路的始端一部分的相間和三相短路的后備保護。注意主變阻抗使用的CT極性端在母線一側，其反方向定值才指向系統的。現場調試過程中注意核查CT通道和定值合理性。關于外部重動定值的檢查。根據反措內容：“不得使用不能快速返回的電氣量保護和非電量保護作為斷路器失靈保護的起動量”。故作為電量保護屏內的外部重動開入起動跳閘時不需要啟動斷路器失靈節點。注意檢查跳閘控制字。關于單元件橫差保護。注意記錄不同工況下的數據，并和整定值相比較。一般整定值按0.05If2n.整定，綜合觀測已運行的多臺700MW水電機組的不平衡電流基本在200A以下，遠低于0.05If2n.。如果該電流偏大，注意觀察轉子氣隙、瓦溫等參數。

2轉子接地保護投運及典型故障

國標規定：“1MW及以上的發電機應裝設專用的轉子一點接地保護裝置延時動作于信號，宜減負荷平穩停機，有條件時可動作于程序跳閘。對旋轉勵磁的發電機宜裝設一點接地故障定期檢測裝置”。水電機組由于開停方便，一般只保留一點接地，不加設兩點接地。但不建議一點接地后長期運行，以防止兩點接地后燒毀轉子，破壞磁勢。現場在調試投產階段多發生轉子接地現象。需要澄清一個概念：轉子接地保護的范圍是指整個勵磁和轉子回路，包括整流柜交流側、整流柜、轉子磁極等。現場在調試和投產階段多發生轉子接地現象。在排查接地點時首先確定思路，先排查保護裝置誤報的可能性，然后再整體檢查轉子回路絕緣，確定絕緣降低后，分段排查接地點。按照雙重化原則，一般配置兩套轉子接地保護，運行中要求只投一套，需要將不運行的那套完全從轉子回路中切除，以防止影響計算。可以通過切換回路，觀察兩套保護裝置的采樣，比較有無較大異常。集成電路型保護裝置會由于元器件老化，經常造成采樣回路異常，影響最終的接地電阻的計算。排除保護裝置異常后，重點考慮轉子回路異常。在檢查轉子回路絕緣時，建議斷開相關弱電回路，如保護裝置、勵磁調節器等。在整體檢查轉子絕緣降低后，需要分段檢查，一般是在上機架勵磁大軸連接處解開后檢查。以下將現場常見的幾種故障列舉如下：1）某電廠投產階段報“轉子一點接地”，保護裝置實測絕緣始終為0，接地位置50%，檢查轉子本體絕緣無異常，最終考慮勵磁回路，經查為勵磁變低壓側所連接的同步變壓器原邊接地。故在檢查轉子接地故障時，思路需要更開闊，保護裝置檢測的是整個勵磁回路，包括整流柜的交流側。交流側出現異常，從保護裝置一般現象為絕緣降低甚至到0，接地位置為50%。此類現象在投產階段很常見，機組做短路試驗時，所引他勵電源如果是從接地系統接入，就會出現報轉子接地現象，在恢復自并勵電源后故障消失。2）某700MW水電站，在投產后幾個月后多次在運行中和停機過程中發“轉子一點接地信號”，接地電阻間歇性下降，最低至0，接地位置不定。停機后用500V搖表檢測絕緣，正常。在電廠、主機勵磁廠家、中試所、施工局多方討論后，采用逐級分段排查，加大搖表電壓等級。終在2000V搖表試驗下，絕緣下降到0。進一步檢查，由于轉子正負母排對主立筋工藝設計太近，導致放電，造成正或負極間歇性接地，已出現燒灼現象，該故障點比較隱蔽，故在前幾次進坑檢查時未能發現。由于大型水輪機組轉子體積龐大回路復雜，不同于火電機組轉子封裝在內部，出現故障的概率較低，磁極較多，連接部件較多且大多裸露，故增加接地的概率，在查找接地點時，須全面全方位檢查。3）華東某水電站180MW機組投產階段報“轉子一點接地”，轉子正對地電壓42V，負對地電壓191V，絕緣接近0，接地位置25%（靠近正端）。停機后檢查，絕緣正常。再次將機組開起，機組空轉時，搖絕緣到0。最終檢查結果是近正端某一磁極絕緣異常。多個案例說明，停機后檢查轉子絕緣都正常，但開機后都出現異常。需要考慮到轉子在高速旋轉和劇烈震動過程中很容易出現短時接觸或放電等現象。解釋一個疑問，目前常見有注入式和乒乓式兩種原理，注入式更有優勢，可以全工況監視轉子回路絕緣，但需注意轉子電壓接入點（靠近轉子側還是調節器側）。而乒乓式原理需要勵磁電壓到一定水平時才能計算。4）某水電廠投產階段頻發轉子接地。經查保護裝置與勵磁調節器阻容吸收回路沖突。大型機組為了抑制軸電壓，勵磁系統一般會配置軸電壓吸收回路，也就是在轉子正負之間配置兩個電容且在中間接地。這樣就導致勵磁回路的正對地和負對地都經過電容形成回路。轉子接地如采用注入式原理，則注入電源在對地電容充放電完成之前，保護裝置采樣到的數據是非穩態數據，如果裝置整定的注入電源切換周期沒有躲過充放電的周期，則裝置計算出來的接地阻值是不正確的。此時一般裝置計算出來的轉子接地阻值不穩定，會在一定范圍內波動，如會在100～300k（最大值）之間波動。修改注入電源切換周期可靠躲過電容回路的充放電周期后，裝置計算轉子接地電阻穩定在最大值300k不再動。普通乒乓原理的轉子接地靠采集轉子電壓利用裝置內部的電阻網絡的定時切換來計算接地位置和接地電阻，同樣如果電容較大充放電時間過長，也會影響裝置的準確計算。

3水電機組電容電流測量問題

水電站在投產階段一般都會實測電容電流，方法是將發電機機端一相接地并串接一電流表，在發電機中性點和接地變之間有隔刀時會分兩種工況，及經高阻接地和不接地兩種工況，接地后發電機零起升壓，記錄電流值。參考實測試驗數據當機端單相金屬性接地升壓達到0～20%的數據見表1。上表中零序電流、低頻電壓和低頻電流數據為采用注入式定子接地，保護裝置所采集數據。由于始終直接接地，故低頻電壓電流沒有發生變化，能很好的全工況反映定子絕緣。從數據可以看出隨著電壓的升高，電流的水平也在升高。由于采用接地變高阻接地，可以看出該電流水平遠高于的規程所規定的1A范圍，實測的一次電流其實為電容電流和阻性電流的矢量和。但采用高阻接地在抑制動態過電壓等方面更具備優勢，故目前大型水電多采用高阻接地方式。實測定子電容電流有助于作為機組整定和設計相關資料。

4主變零差保護的投運問題

水電機組變壓器正在普遍配置零序差動保護，這是因為變壓器零序比率制動差動保護反應變壓器內部單相接地時的零序差動電流，其靈敏度比相電流縱聯差動要高，且零序差動最少受勵磁涌流影響。影響零序差動保護動作正確性的一個非常關鍵的因素是要保證主變中性點零序CT極性的正確性。現場零序差動保護常常因為中性點零序CT極性接反，導致零序差動保護誤動。首先定義電流互感器極性端，RCS-985系列采用的公式如下：從公式可見，主變高壓側CT和主變中性點零序CT為同極性輸入，即主變高壓側CT極性端一般定義在遠離主變側，中性點零序CT定義在靠近主變側。這里工程應用角度介紹兩種主變零差保護CT極性判別的方法。方法一：有條件的現場可以在發電機帶主變零啟升壓時模擬變壓器區外單相接地試驗，可將地刀單相接地，緩慢升高發電機電壓，甚至利用發電機殘壓也可觀察零序差流。通過觀察保護裝置采樣顯示：主變高壓側電流：A相：0A，B相：0.08A，C相：0A；自產零序電流I0T：0.08A；外接零序電流3I0N：0.23A。主變高壓側CT變比1600/1，零序CT變比為600/1，歸算到一次自產零序為128A，外接零序為138A。主變高壓側自產零序和中性點零序電流之間夾角為358°。此時自產零序電流3I0T應當幾乎等于外接零序電流3I0N，零序差流幾乎為零，且極性幾乎相同。并可以通過調低零序電流的定值，讓零序電流保護動作或起動，并錄取動作波形，通過故障波形也可分析。方法二：在倒送電做主變沖擊試驗時，即主變接地運行時在高壓側空載合閘，如果內部無故障，理論上勵磁涌流對于零序差動保護而言是穿越性電流，如果中性點零序CT極性正確，合閘側勵磁流計算出的自產零序和中性點零序勵磁涌流的大小應相等（指一次電流，因CT變比不同二次電流也不同），相位應相同。因此我們在變壓器空載合閘縱差保護不動作，即無故障時，利用合閘側的自產零序勵磁涌流和中性點零序勵磁涌流的相位差來校驗零序CT的極性是否正確。

5結論

特大型水電站保護配置有其自身的特點，針對這些特點做好投運時的調試工作是保證機組安全運行的重要環節，對于水電機組在保護投運調試時的保護配置、保護投運檢查、轉子接地、電容電流實測、零序差動電流檢查等問題要給予充分的重視。

作者：韓煒煒徐金胡云鵬王翔單位：南京南瑞繼保電氣有限公司