摘要：某电厂3号机正常运行时，发变组保护A柜（南瑞RCS-985）“三次谐波电压差动”定子接地保护报警。由于100%定子接地保护由基波零序电压定子接地保护和三次谐波定子接地保护共同构成，三次谐波定子接地保护主要反映距中性点5%～15%范围内的接地故障，而国内部分电厂发生过“三次谐波电压差动”定子接地保护误报警情况，本文通过现场的实际检查与分析，展开对保护报警原因的探讨。
关键词：继电保护；三次谐波电压差动；定子接地保护；
某电厂3号机容量为300MW，发变组保护配置方式为两套电气量保护和一套非电气量保护。电气量保护A套为南瑞RCS-985A，B套为北京四方CSC-300G。机组正常运行中，发变组保护A柜（南瑞RCS-985）“三次谐波电压差动”定子接地保护报警，现场检查未发现异常，在对装置定子接地保护进行重新投、退功能压板后，报警消失，之后再未发生报警。基于此，本文对“三次谐波电压差动”定子接地保护报警的原因展开探讨。
1.“三次谐波电压差动”定子接地保护报警经过
2016年10月1日0时48分，3号机发变组保护A柜报：三次谐波电压差动信号，检查保护装置显示：机端零序电压0.75V，中性点零序电压0.03V，机端三次谐波电压1.47V，中性点三次谐波电压1.26V，三次谐波电压差值0.5。
现场检查发变组保护A柜机端、中性点电压采集回路接线良好，对比发变组保护B柜，电压采样基本一致。对3号机发变组保护A柜的机端和中性点三次谐波电压进行密切监视和记录，随着机组负荷变化，三次谐波电压显示值均随着变化。但保护装置“三次谐波电压差动”报警信号复归不掉，发变组保护A、B柜的三次谐波电压比率定子接地保护也均未报警。在对装置定子接地保护功能压板进行重新投、退操作后，报警消失。
2.定子接地保护原理
定子接地保护由基波零序电压定子接地保护和三次谐波电压定子接地保护组成100%定子接地保护。基波零序电压原理保护发电机85%～95％（从发电机机端开始）的定子绕组单相接地，三次谐波电压原理保护发电机中性点附近（从发电机中性点端开始，不少于20%）定子绕组的单相接地。
基波零序电压保护设两段定值，一段为灵敏段，另一段为高定值段，均延迟1S（定值）动作于跳闸。
灵敏段基波零序电压保护动作方程为：
Un0 ＞ U0zd
式中Un0 为发电机中性点零序电压，U0zd 为零序电压定值，定值为10V。
灵敏段动作于跳闸时，还需主变高压侧零序电压和机端开口三角零序电压闭锁，以防止区外故障时定子接地基波零序电压灵敏段误动。
高定值段基波零序电压保护动作方程为：
Un0＞ U0hzd
式中Un0 为发电机中性点零序电压，U0hzd 为零序电压定值，定值为15V。
三次谐波电压定子接地保护分为三次谐波电压比率定子接地保护和三次谐波电压差动定子接地保护，均选择延迟6.4S（定值）动作于信号。
三次谐波电压比率定子接地保护动作方程为：
U3t/U3n>K3wzd
式中：U3t、U3n 为机端和中性点三次谐波电压值，K3wzd为三次谐波电压比值整定值。
机组并网前后，机端等值容抗有较大的变化，因此三次谐波电压比率关系也随之变化，在机组并网前后各设一段定值（并往前1.7，并网后为1.8）。
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三次谐波电压差动定子接地保护动作方程为：
∣U3n-kt*U3t∣>kre*U3n
式中U3t、U3n为机端、中性点三次谐波电压向量，Kt 为自动跟踪调整系数向量，Kre为三次谐波差动比率定值（0.3）。在机组并网后且负荷电流大于0.2Ie（发电机额定电流）时自动投入。
3.报警原因分析
根据3号机发变组保护A柜（南瑞RCS-985）报警信息得出，中性点零序电压0.03V，远未达到基波零序电压保护灵敏段定值10V，因此基波零序电压保护无报警；机端三次谐波电压1.47V，中性点三次谐波电压1.26V，比值为1.47V/1.26V=1.17，小于三次谐波电压比率定子接地保护并网后定值1.8，因此三次谐波电压比率定子接地保护未报警。
三次谐波电压差动定子接地保护达到定值，所以报警，分析为：
U3n：中性点三次谐波电压，1.26V。
U3t：机端三次谐波电压，1.47V。
Kt：自动跟踪调整系数向量（变化的旋转向量，保护装置程序内部计算得出，不是固定值，亦无法查看）。
Kre：0.3
动作方程为：∣U3n-kt*U3t∣>kre*U3n
报警时三次谐波电压差值0.5，即∣U3n-kt*U3t∣=0.5（绝对值公式中的电压为向量值，既有大小，又有方向）。
kre*U3n=0.3*1.26=0.378
0.5>0.378，延时6.4s（定值）后，保护装置报警。
引起三次谐波电压差动定子接地保护动作原因有很多。机组运行中，继电保护专业人员检查保护装置二次回路接线良好，采样回路电缆屏蔽接地情况良好，检查发变组保护A柜电压采样值与实测值一致，同时对比发变组保护B柜，电压采样基本一致，对比保护装置报警时波形与发变组故障录波器报警录制波形，波形变化一致，因此确认保护装置采样正常；将A套保护装置退出运行，进行定子接地保护功能全部校验，保护装置逻辑正确，无异常；电气一次专业人员对发电机中性点、机端封闭母线、机端、中性点电压互感器外观进行检查，未发现异常；发电部化验人员对发电机内冷水的PH值、电导、铜离子进行化验检查，化验结果均在合格范围内。
在机组停机检修时，电气一次专业通过高压试验，测试发电机直流压降、泄漏电流、绝缘电阻、直流电阻和母线绝缘电阻，并对本保护使用的第一组电压互感器进行绝缘电阻、直流电阻、空载电流、交流耐压试验，试验数据均合格；检查发电机中性点接地刀闸和机端、中性点PT刀闸，接触良好，熔断器未因震动导致接触不良，也未发生高阻熔断。继电保护专业对定子接地保护涉及的整个零序电压回路进行绝缘测试，对本保护使用的第一组电压互感器进行变比、极性、比差、角差试验，试验数据均合格。
因此，分析认为三次谐波电压差动定子接地保护动作原因为：发电机机端和中性点三次谐波电压因某种原因影响而发生较大变化时，Kt（自动跟踪调整系数向量）值来不及调整，这时保护装置可能会报警。
保护装置报警后，Kt值在装置的内部程序中被闭锁，向量值保持不变（装置固有特性），故装置按照程序计算后电压差值很大，仍达到报警值，所以报警复归不掉。
但机端和中性点三次谐波电压在波动后基本达到一个相对稳定的状态时，Kt值应该进行调整，所以当装置重新投退保护后，装置解除Kt值的闭锁，重新计算，此时的Kt值才是真正合理的值，这时电压差值也重新计算。现场实际三次谐波电压差值很小（装置显示0.03V），所以报警消失，信号复归。
4.机端和中性点三次谐波电压波动原因分析
尽管三次谐波电压差动判据在定子接地时灵敏度很高，但是在启停机过程中、区外故障及其他工况下均不会误动。况且报警时机组不在启停机过程中，运行方式没有变化，机组频率也没有发生变化，因此排除保护装置的三次谐波滤过比下降的原因（若有影响，也是影响三次谐波电压比率判据）。
综合分析，认为与天气有关（报警时天气为雷雨天，运行人员反映有一个特别响的炸雷）。雷雨天，受外界环境影响，发电机母线经穿墙套管——裸导线与室外的主变压器及厂用变压器连接，容易引起发电机系统三相对地绝缘不对称。同时系统中的三次谐波通过变压器高低压的耦合电容影响发电机机端和中性点三次谐波的变化，最终导致机端和中性点三次谐波电压波动。
总结：3号机定子接地报警，经综合检查分析和查阅以前的记录，认为该报警为受雷雨天气影响引起的偶然事件。在经过近一年的观察与记录，3号机定子接地保护采样值无异常（三次谐波差电压很小，机端、中性点三次谐波电压变化符合规律），三次谐波电压差动定子接地保护再未出现报警。
论文作者:刘金
论文发表刊物:《防护工程》2017年第35期
论文发表时间:2018/4/11
标签：谐波论文; 电压论文; 定子论文; 基波论文; 发电机论文; 差动论文; 定值论文; 《防护工程》2017年第35期论文;