卢家旭
广州环投福山环保能源有限公司
摘要：随着社会经济的高速发展和现代科学技术的不断进步，人们生活水平不断升高，与此同时市场需求也随之提高，在市场需求增长的刺激下，电力能源的消耗不断加剧，这对电力行业带来了巨大的压力，电力企业不断进行生产技术和设备的改进研究。25MW汽轮发电机是于上世纪70年代针对不断增长的电力能源输出所改造的汽轮发电机设备，由于增加转子的进出水箱安装同轴励磁机存在一定的难度，所以，导致其相应的励磁容量也开始增多，而考虑以此发电机三次谐波电压比率定子绕组接地保护误发预警信息情况，本文将针对三次谐波电压比率定子接地保护相关原理和造成保护误发的原因做出仔细分析，主要针对25MW汽轮发电机并网过程中三次谐波变化的因素做出仔细的分析，以期能够为汽轮发电机并网稳定性和安全性的改进与完善提供一点参考，并提出几点临时性的补救措施。
关键词：25MW汽轮发电机；并网；三次谐波；接地保护
对于25MW汽轮发电机并网来说，其并网条件是发电机电压、频率、相位与系统的电压、频率、相位保持一致。在25MW发电机组运行中，其定子接地保护采用基波零序电压，保护发电机85～95%的定子绕组单相接地，基波零序电压保护反应发电机零序电压大小。由于保护采用了频率跟踪、数字滤波及全周傅氏算法,使得零序电压对三次谐波的滤除比达100%以上,保护只反应基波分量。而在实际的规程允许范围内，仍然表现出一定的差异。因此，25MW发电机并网过程当中必须要能够承受较高的冲击电流，所以，在发电机并网过程当中必须要能够根据实际情况以及三次谐波变化因素去制定有效的措施，最大程度上降低避免瞬间所产生的冲击电流，防止其对25MW发电机设备本身造成损坏和保护误报警，这也是能够实现区供电安全与稳定的保障。
一、25MW发电机定子接地保护
（一）三次谐波电压比率定子接地保护
三次谐波电压比率判据只保护发电机中性点 25% 左右的定子接地， 机端三次谐波电压取自机端开口三角零序电压，中性点侧三次谐波电压取自发电机中性点变压器。三次谐波保护动作方程：U3T/U3N >K3wzd式中： U3T、U3N 为机端和中性点三次谐波电压值，K3wzd 为三次谐波电压比率整定值。 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，RCS-985C 微机型发电机保护装置在机组并网前后各设一段定值，随机组出口断路器位
置接点变化自动切换。三次谐波电压比率判据可选择动作于跳闸或信号。
（二）三次谐波电压差动定子接地保护
三次谐波电压差动判据：
式中为中性点、为机端三次谐波电压向量，为自动跟踪调整系数向量，kre为三次谐波差动比率定值。本判据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。三次谐波电压差动判据动作于信号。
三次谐波磁密也切割主绕组产生三次谐波电势，但由于主绕组是属于新型接法，所以，在线电压当中并没有三次谐波电势基波磁密切割谐波绕组时所产生的电势，三根线棒所产生的激波电势为e3三次谐波磁密切割谐波绕组时所产生的三次谐波电势为3e3，谐波励磁式应用，这个电势经过三相半控整流装置整流后送入发电机转子绕组，并作为励磁电源整流装置，由晶体管励磁调节器控制，所以。可选用三根线棒来作为一组，若一组电势不足，则可选用二组或三组串联，并依据一般电机绕组设计原理布置为三相对称或近似对称的绕组，其每相违三组共九线棒，嵌于主绕组上层，采用水内冷。
由此可知，每一基波极距包括三个三次谐波极距，每三次谐波极距内的槽数又必须给三相绕组分为整数份，因此，每一基波极距内的槽数必须为九的倍数，也就是每对极距槽数必须是18的倍数，例如36、54、72，如此方能够获得对称的三相谐波绕组[1]。其结构简图如图1所示：
图1 三次谐波励磁系统原理图解
图1中1为主绕组，2为三次谐波绕组，3为电流互感器，4为电压互感器，5为励磁调节器，6为可控硅整流设备，7为转子绕组。
二、引起三次谐波误动原因分析
（一）引起误动的因素分析
引发三次谐波误动的因素一般有以下几个方面：
（1）保护配有多余的移相回路。
（2）电压互感器断线。
（3）冷却水水质不良。
（4）电压互感器熔断器问题。
（5）同期回路影响。
（6）干扰问题。
（7）二次回路中Us与Un极性接反。
（8）保护装置自身问题。
进一步细化为以下五种原因引起：
（1）电压互感器二次回路接触不良。
（2）电压互感器熔断器没有压紧。
（3）电压互感器熔断器熔丝问题。
（4）电压互感器小车未推到位引起。
（5）保护装置采集板件问题。
（二）保护动作情况分析
1.机端PT断线
机端PT断线判据和机端PT一次断线判据均不成立，所以保护装置未发PT断线，也不闭锁三次谐波差动信号。
2.三次谐波差动信号
根据三次谐波差动原理：A套保护装置三次谐波电压差值0.03小于三次谐波差动比率定值与中性点三次谐波乘积1.12×3.24=3.62，不符合三次谐波差动信号方程，所以三次谐波差动信号不动作；B套保护装置三次谐波电压差值3.81大于三次谐波差动比率定值与中性点三次谐波乘积1.12×3.33=3.73，符合三次谐波差动信号方程，所以三次谐波差动信号动作正常。如表1所示：
表1
3.三次谐波电压比率信号
根据三次谐波比率原理：A套保护装置机端三次谐波/中性点三次谐波=2.37/3.24=0.73，小于三次谐波比率定值1.12，所以三次谐波电压比率信号不动作；B套保护装置机端三次谐波/中性点三次谐波=0.4/3.33=0.12，小于三次谐波比率定值1.12，所以三次谐波电压比率信号不动作。
三、处理方法
（一）通过眼观的形式
首先，对PT一次熔断器压片进行检查，未发现有未压紧现象，对PT小车触头进行检查未发现触头有接触不良的现象，基本上排除了PT一次熔断器及小车未推到位问题引起异常的可能。
其次，同时考虑发变组A套保护装置采集数据正确，发变组B套保护装置采集数据不正确，所以可以确切的排除（2）、（3）、（4）原因，并且保护装置采集的中性点数据正常，初步锁定为以下两条原因：
1.引至发变组B保护装置机端PT二次线接触不良。
2.发变组B保护装置采集板件问题。
再次，机端PT二次回路检查对涉及发变组PT二次回路的端子排从发变组保护屏、4.5米发变组端子箱、0米发电机小室PT柜进行全面检查，未发现有端子松动现象。用示波器和高等级万用表对发变组二次回路在端子排处进行分段检测、录波、测量。先对0米发电机小室PT根部二次进行检测，输出正常，进一步排除PT一次设备存在异常。后对4.5米发变组端子箱二次进行检测，输出正常，又对发变组保护屏二次进行检测，A柜正常，B柜机端零序电压及三次谐波数据存在偏差，排除了保护装置采集板件问题，同时初步判断为4.5米至保护B柜PT二次线存在问题，根据图纸对保护B柜至4.5米PT二次线一一进行校对检查，发现4.5米端子箱内PT二次线输出用端子排连接片接触不良，造成至B套保护采集PT二次信号存在偏差，对连接片进行处理后，B套保护机端零序电压及三次谐波数据恢复正常，三次谐波差动告警消失。
参考文献：
[1]桑建斌,包明磊,李玉平,等.大型汽轮发电机3次谐波电压定子接地保护方案的研究与改进[J].电力自动化设备,2017,037(010):177-183.
[2]谷志德.某25MW汽轮发电机组振动原因分析及处理[J].甘肃科技纵横,2020,049(005):24-25,23.
[3]李焱森.汽轮发电机并网问题的研究[J].轻松学电脑,2019,000(030):P.1-1.