发电机机组保护换型后过电压保护误动分析

随着微机继电保护的迅猛发展，微机保护替代整流型保护和电磁型保护，并愈来愈显示出微机继电保护的可靠性和优越性，极大地提升了设备和系统的安全运行水平。但是在技术改造过程中，往往现场人员只重视保护装置本身的改造而忽略了对二次回路的关注，给微机保护的正常运行带来了隐患。本文就以我厂实际发生的一起因为电压互感器二次回路问题，造成发电机过电压保护误动作跳机的事故为例，分析原因、制订措施，供大家借鉴、参考。
1、事故前情况
某厂5号(qfqs-210型)发电机-变压器组（200mw）保护原来为lcd整流型继电保护装置，在这种整流型保护装置中，为了防止发电机tv二次熔丝三相同时熔断，尤其是在正常操作中取下三相二次熔丝或退出tv时，造成低电压保护误动作，不能闭锁相关保护。所以针对以前整流型保护的《继电保护和自动装置反事故措施》［1］中作了如下规定：要求在发电机tv二次熔丝三相中的其中一相上并联一个电容，以保证发电机tv三相同时断线或退出tv时，发电机tv断线保护能可靠动作闭锁相关保护，从而防止保护发生误动。以c相为例其示意图如图1所示。
图1整流型保护电压二次回路
在图1中：j为电压继电器；c为电容；tva、tvb、tvc为发电机tv二次绕组。
随着微机保护的发展，该厂在2008年将上述整流型保护更换为许继wfb－100型微机双重化保护装置，保护换型后运行情况一直较好。但却在2004年初的一次发电机tv操作中，发生了发电机出租过电压保护误动作跳机的事故。
2、事故经过
2009年3月10日14时10分，刚并网运行的5号发电机“3ω定子接地”信号发出，现场检查发现发电机机端tv开口三角电压为2v左右，发电机中性点tv电压将近1v，一次系统电压正常，开机前发电机绝缘合格。根据经验分析：可能是发电机机端tv高压侧熔丝三相阻值不一致，造成发电机的机端tv开口三角出现不平衡电压，致使定子接地保护动作。于是要求运行人员退出发电机机端tv，对该tv高压侧熔丝阻值及电压二次回路进行检查。在退出发电机机端tv前，将有关电压的发电机失磁保护、低压过流保护、逆功率保护退出运行，但因为发电机过电压保护属增量保护，所以没有退出。14时30分，运行人员在取下tv的a、b相二次熔丝后，再取下c相熔丝时，发电机过电压保护动作，造成5号发变组与系统解列。保护装置显示发电机ac相和bc相过电压，发电机过电压保护动作跳闸。
3、发电机事故原因处理分析
3.1保护动作行为分析
事故发生后，立即对保护进行了详细检查：
（1）核查保护的动作记录，保护装置显示发电机ac相和bc相过电压，动作电压超过整定值；
（2）.通电检查保护的定值，保护动作值和整定值136v完全吻合，整定原则符合《整定计算导则》要求，保护没有误动；
（3）运行人员盘前监视电压为：电压表瞬时摆动并超过表计量程25kv（对应二次电压超过167v），且在事故发生前无其它操作；
由以上现象分析，发电机二次测确实出现了过电压，保护装置的动作是正确的。
3.2事故原因查找和分析
尽管保护正确动作，但是由于事故发生时发电机运行工况完全正常，而且系统和主变电压也正常，同时发电机也没有任何过电压的迹象，所以分析可能是电压二次回路原因，造成了保护误动作。随后按照电压回路图，从保护装置到发电机tv进行逐一检查，除了在发电机tv二次c相熔丝处发现并联的电容外，其它回路均正确无误。经过进一步深入分析，结果发现过电压正是这个电容引起的。
具体分析如下：在保护更换为微机保护后，由于微机保护使用交流变换插件（中间隔离变压器），将发电机tv二次电压转变为弱电后进入保护装置使用，而中间隔离变压器的一次绕组存在电感l，所以微机保护的电压二次回路示意图如图2所示。
由图2可见，上述操作中，在取下tv二次侧熔丝1fu和2fu后，再取下3fu熔丝时，电容c、微机保护的电压变换器一次绕组电感l和发电机tv二次测电势e就构成了串联谐振电路，示意图见图3所示
根据现场电容c的值（20μf）和许昌继电器厂家提供的电压变换器一次绕组电感l的值（0.5h），恰好能满足f0＝1/(2π的串联谐振条件(f0＝1/(2π=50hz)而且由于电压变换器一次绕组电感的感抗xl＞＞r（回路电阻），所以发生谐振时，电压变换器l上的电压ul能够达到电势e(100v)的数倍（ul＝），甚至于更高。可见在这种情况下发电机过电压保护动作也是理所当然的了。
4、事故暴露的问题及探讨　
由以上分析结果可见：造成发电机过电压保护误动作的真正原因是tv处并联的电容c。因为该电容是《继电保护和自动装置反事故措施》中要求安装的，所以现在对整流型保护中要求tv二次回路熔丝上并联的电容，在微机保护中是否还有无必要存在进行探讨。　
（1）在过去的整流型保护装置中，与电压相关的发电机失磁保护、强行励磁装置均经tv断线保护闭锁，从而防止保护因失压发生误动。因此，对整流型保护装置，在tv二次三相中的某一相熔丝上并联一只容量大小适合的电容是很有必要的。
（2）然而，微机保护的tv断线原理发生了突破性改变，即使三个熔断器全部熔断或退出tv，也能检测出断线失压，从而能有效闭锁相关保护。（3）由于微机保护交流电压回路均为感型负载，在tv电压回路接入电容后，当xl=xc时，即会产生电压谐振，加到保护装置的电压将是电源电压的数倍。不仅会直接毁坏二次设备，并且会造成过电压保护误动。
（3）当接有电容的该相与零相发生短路故障时，即使该相熔丝熔断，通过电容c故障点仍然有电流流通，故障将无法消除。　
由以上分析可见：原《继电保护和自动装置反事故措施》中要求tv二次测并联电容的措施，已经不能适应现代化的微机保护了，所以该电容在微机保护中已不应该再存在了。
5、整改措施
（1）拆除原来发电机tv二次测并联的电容c。
（2）将发电机tv二次侧三相熔丝更换为快速空气开关，实现三相同时快速断开，从而达到快速切除故障和防止寄生回路的目的。
（3）电压回路tv断线判据利用微机保护中的电压平衡继电器原理，从而可靠地避免电压回路tv断线保护误动和拒动。
（4）重新细查所有保护的二次回路接线尤其是历史残留问题，防止类似事情的再次发生。　
上述措施实施后，在以后的几次发电机tv操作中，再也没有发生发电机二次回路过电压的情况，从根本上解决了保护改造后发电机过电压保护误动的问题。