摘要：发电机定子绕组发生匝间短路故障时，故障匝中短路电流很大。当故障匝很少时，相电流没有很大变化，但若不及时切除发电机，则将严重损坏定子铁芯和定子绕组，而且还可能发展为相间短路。因此，应装设发电机定子绕组的匝间短路保护，动作后切除发电机、灭磁停机。
关键词：发动机；匝间保护；问题；对策；分析
引言：目前，采用纵向零序电压的发电机定子匝间保护在大机组中得到了广泛的应用。但是实践运行表明，该保护误动作率比较高。为此，尽管研究开发人员对保护原理进行不断改进，以防止各种情况下的保护误动作的发生，比如针对匝间保护采取了专用的TV断线闭锁元件等，但是在一些特殊情况下仍然会出现因为TV断线导致的匝间保护误动作。
1.发电机匝间保护概况
某电厂西门子7UM62微机保护装置匝间保护，其发电机定子绕组匝间保护负序功率方向元件电流回路取自发电机机端TA，TA的极性端靠近发电机侧，负序电压取自机端匝间保护专用TV的二次侧星型绕组。匝间保护纵向零序电压取自机端匝间保护专用TV的二次侧开口三角绕组，经数字滤波后，采集到纵向零序电压基波分量，送往匝间保护启动门槛的逻辑判断回路。当测量值超过启动定值，且负序功率方向元件判断为发电机内部短路故障，同时无其他外部闭锁条件时，匝间保护装置就发出启动信号并经延时动作于跳闸。
2.匝间保护闭锁中存在的问题
由于定子绕组纵向零序电压并非仅匝间故障时才会出现；在区外发生不对称故障、匝间专用TV高压侧熔丝异常，以及纵向零序电压回路受到外部干扰时，均会出现，所以必须利用负序功率方向元件来判别真实的匝间短路故障。负序功率方向元件分为2种：一是反方向元件。该元件动作则表示发生的是区外不对称故障，应闭锁纵向零序电压匝间保护，故反方向元件宜作为闭锁元件。按之前分析，负序功率方向元件的灵敏角应设为-105°；二是正方向元件。该元件动作则表示发生的是发电机内部故障，应开放纵向零序电压匝间保护，故正方向元件宜作为启动元件。按之前分析，灵敏角应设为75°。该电厂发电机采用7UM62微机保护装置匝间保护，是利用外置的负序功率方向继电器作为负序功率方向判别元件，并采用上述反方向闭锁元件的方式。本次事故的原因很简单，属于运行人员的低级操作失误造成的。但机端电压互感断线时没有发出报警，电压互感器断线没有闭锁匝间保护，为此，需要进一步研究发变组保护中电压互感器断线原理判据。
2.1发电机TV异常判据
根据该保护装置技术说明书，TV断线判据有二种。
2.1.1双TV异常判据（电压平衡式TV异常判别）
通过比较两组电压互感器二次侧的电压，当某一TV失去电压时继电器动作，瞬时发出TV异常信号。
2.1.2单TV异常判据
一是正序电压小于30V，任一相电流大于0.04In（TA二次额定值，5A或1A）或断路器处于合位状态。二是负序电压大于8V。满足上述任一条件，且负序电流小于0.2Iqd.set和零序电流小于0.2Iqd.set，同时三相电流都小于Iqd.set（相电流启动值定值），延时10 s报TV异常，发TV异常告警信号。在电压恢复正常后恢复。
2.2机组启动过程TV断线分析
针对以上两种TV异常判据可知，因为发电机启动时尚未并网，断路器处于分位，所以单TV异常判据条件不会满足。对于双TV断线判据，尚需根据发电机建压过程进行分析。曲线开始阶段，电压呈指数上升；为了防止电压超调，后一阶段，电压以一定斜率匀速上升至额定电压。在本次匝间保护误动作时刻，发电机刚刚开始建压，动作时刻电压还不到额定电压10%，还属于启动曲线中的指数曲线阶段。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3.改进方法
为解决反方向闭锁元件方式下存在问题，在原有的7UM62微机保护装置的基础上，新增西门子7SJ681微机保护装置，与其共同搭建发电机匝间保护硬件平台，并对2台装置内部保护逻辑进行创新设计，使之相互配合，实现新的匝间保护功能。新增的7SJ681微机保护装置有着采样精度高、动作功率小等优点。应用时使用其内部的负序功率方向元件作为正方向启动元件（根据之前分析可知负序功率方向元件最大灵敏角设置为75°），来替代原先的负序功率方向继电器，并且在7SJ681微机保护装置内组建匝间保护的“允许信号”送至原先的7UM62装置内，以实现并网前、后2种工况下，发电机定子绕组出现匝间短路时，保护均能够正确动作，避免匝间保护的误动和拒动。
4.具体实施方式
4.1 7SJ681微机保护装置逻辑
一是取“发电机出口断路器合闸位置”信号作为区分机组并网前、后状态的判据，即“发电机出口断路器合闸位置”信号为“0”时表示并网前，为“1”时表示并网后。二是并网前发生匝间短路时，机端没有电流，负序功率元件无法动作，而“发电机出口断路器合闸位置”信号为“0”，则“负序功率正方向允许”信号为“1”，此时匝间保护不经负序功率元件判断，保护逻辑简化为纵向零序过电压保护。三是并网后，匝间短路时会造成机端电流的变化，此时匝间保护必须经负序功率方向元件判断，“负序功率元件正方向动作”后“负序功率正方向允许”信号才置“1”，此时才允许匝间保护动作。四是将7SJ681微机保护装置中形成的“负序功率正方向允许”信号送至7UM62微机保护装置中，作为匝间保护动作的必要条件。
4.2 7UM62微机保护装置逻辑
将负序功率方向元件在匝间保护中的作用由原先的“闭锁”调整为“允许”，即匝间保护动作必须同时满足以下条件：“负序功率正方向允许”信号置“1”、匝间保护压板投入、纵向零序电压超过定值、匝间专用TV无断线信号。机组正常运行时，“负序功率正方向允许”信号为“0”，对匝间保护起闭锁作用，即使因各种干扰因素出现了纵向零序电压，匝间保护也不会动作出口。
总结：国内的发电机匝间保护装置均采用负序功率方向元件闭锁功能，虽然有将负序功率方向元件作为闭锁条件或允许条件的做法，但均未考虑机组并网前发生匝间短路时，负序功率方向元件无法动作的问题。通过新增的7SJ681微机保护装置，利用其负序功率方向元件替代原先的负序功率方向继电器，严格区分了区内、区外故障，也以“允许”条件替代改进前的“闭锁”条件，消除了匝间保护在多种情况下可能误动的隐患，还解决了并网前匝间短路时保护拒动的问题，实现了发电机匝间保护的正确动作。对发电机保护逻辑进行改造后发生的500kV系统相间短路故障中，负序功率方向元件能够正确闭锁匝间保护，进一步验证了本次改进后保护功能的可靠性。
参考文献：
[1]符建.发电机纵向零序电压式匝间保护的应用[J].机电信息，2012（06）:13-14.
[2]王海峰.大型超（超）临界发电机组匝间短路及相应保护配置分析[J].沈阳工程学院学报（自然科学版），2012，8（01）:30-33.
[3]时盛志，韩素贤.发电机纵向零序电压型匝间保护误动的分析及技术改造[J].数字技术与应用，2011（09）:205+207.
[4]王献志，张立，张兵海.纵向零序电压型发电机匝间保护分析及改造[J].河北电力技术，2010，29（04）:34-36.
[5]师敬波，贾廷伟.发电机零起升压匝间短路保护动作分析及处理[J].电力科学与工程，2010，26（02）:76-78.
[6]郭文彤，陈择升.纵向零序电压型发电机匝间保护动作可靠性的常见问题[J].广东科技，2009，18（20）:96-98.
论文作者:李泽学
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/13
标签：发电机论文; 元件论文; 电压论文; 方向论文; 功率论文; 纵向论文; 判据论文; 《电力设备》2018年第28期论文;