大藤峡水力发电厂发电机出口PT断线动作信号分析

周精明，程俊才，郝慧贤，陶太宏，张凌云

（广西大藤峡水利枢纽开发有限责任公司，广西 桂平 537226）

1 概述

电压互感器（简称PT）是将高电压变成低电压的一种电气设备，主要分为电磁式电压互感器和电容分压式电压互感器两种。其中，电磁式电压互感器的工作原理和变压器类似，都是用来变换电压。但是，变压器变换电压的目的是为了输送电能，因此容量很大；而电压互感器变换电压则主要是用来给测量仪表和继电保护装置供电，用来测量线路的电压、功率和电能，或用来在线路发生故障时保护线路中的贵重设备、发电机和变压器[1]。因此，当电压互感器无论一次还是二次回路出现故障，都将给整个二次系统带来严重影响[2]。本文基于大藤峡水力发电厂7号机组发电机出口PT断线的实际案例，对机组计算机监控系统、调速器系统、励磁系统、继电保护系统的动作信号进行了原因分析，为机组运行维护提供参考依据。

2 发电机出口PT简介

大藤峡水力发电厂7号机组发电机出口共有3组电压互感器（PT1、PT2、PT3），其中PT1的绕组Ⅰ供机组出口电能表使用，绕组Ⅱ及开口三角绕组供发电机A套保护、机组故障录波装置使用；PT2的绕组Ⅰ供励磁Ⅰ路使用，绕组Ⅱ及开口三角绕组供发电机B套保护使用；PT3的绕组Ⅰ供励磁Ⅱ路使用，绕组Ⅱ供机组测量、同期、调速器使用，绕组Ⅲ供机组PMU使用。7号机组发电机出口PT接线示意图见图1。

图1 7号机组发电机出口PT接线示意图

按照设计规范，发电机出口PT柜柜面设置有“互感器投入/退出”切换把手。当“互感器投入/退入”切换把手在“退出”位时，相应继电器线圈得电，使串联在PT二次电压回路中的常闭接点断开，进而切断PT二次电压回路（只有PT1的绕组Ⅰ未串入常闭接点）。

3 事件经过

某日，大藤峡水力发电厂220 kV系统Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ母合环运行，7号主变在运行态，7号机组在发电态。7号机组运行水头为18.33 m，带有功负荷为130 MW，无功负荷为33 MW，一次调频功能投入。7号机组励磁电流为1 530 A，励磁电压为238 V，励磁调节器为A通道自动方式运行。7号机组发电机A、B套保护装置正常投入。

17：24：06.771，监控系统上位机简报窗口报“7号机组：励磁系统PT故障动作”，同一时间报“7号机组：励磁系统自动方式复归”、“7号机组：励磁系统手动方式动作”、“7号机组：一次调频动作”，此时监控系统上位机7号机组单元监视画面中出口电压、有功功率、无功功率、机组出口频率显示为0，交采表画面中机组出口相电压、线电压、频率显示为0。

17：24：06.772，监控系统上位机简报窗口报“7号机组：故障录波装置录波启动动作”，同一时间报“7号机组：出口PT柜电压互感器二次侧投入复归”、“7号机组:励磁系统满足开机条件复归”。

17：24：06.867监控系统上位机简报窗口报“7号机组：调速器A套一般故障动作”，同一时间报“7号机组：调速器B套一般故障动作”、“导叶全开动作”。

17：24：16.711监控系统上位机简报窗口报“7号机组：发电机A套保护装置装置报警动作”，同一时间报“7号机组：发电机A套保护装置装置PT断线动作”、“7号机组：发电机B套保护装置装置报警动作”、“7号机组：发电机B套保护装置装置PT断线动作”；7号机组PT断线期间，监控系统上位机简报窗口一次调频动作/复归信号刷屏。

现场检查发现7号机组发电机出口PT柜柜面“互感器投入/退出”切换把手在“退出”位，将发电机出口PT柜柜面“互感器投入/退出”切换把手从“退出”位切换至“投入”位后，相关动作信号复归，7号机组运行无异常。

4 动作信号分析

4.1 计算机监控系统动作信号分析

（1）监控系统报“7号机组：发电态复归”、“7号机组：不定态动作”

7号机组发电态的判断条件为907开关在合位、转速＞95%ne、机端电压＞80%Ue和导叶开度空载以上4个条件“与逻辑”的集合。此时由于7号机组发电机出口PT控制方式为退出，故7号机组出口三相电压均为0，不满足机端电压＞80%Ue，故7号机组由发电态转变为不定态。

（2）监控系统报“7号机组不可调动作，有功调节退出动作”、“7号机组不可调动作，无功调节退出动作”、“7号机组：有功可调复归”、“7号机组：无功可调复归”

PID调节在程序中的判断条件为当机组在发电态、调速器在自动方式时，机组有功可调；机组在发电态或调相态、励磁系统在自动方式时，机组无功可调。由于此时7号机组在不定态，因此，有功和无功均不可调节。当有功不可调时，有功调节便会退出，无功调节退出同理。

（3）监控系统报“7号机组：7号机组LCU A4柜变送器频率品质坏”

由于厂内变送器频率取自发电机出口PT3的绕组Ⅱ，而发电机出口PT控制方式为退出，因此报品质坏为正常现象。

4.2 调速器系统动作信号分析

（1）监控系统报“7号机组：一次调频动作”、“导叶全开动作”

调速器系统残压测频采集的电压量取自发电机出口PT3的绕组Ⅱ，当7号机组发电机出口PT控制方式为退出时，调速系统的机频消失，但是调速系统的4路信号转换器、测频模块及程序计算方法有延迟，导致程序计算出来的机频远低于50 Hz，又因一次调频功能投入，当机频不在50±0.05 Hz范围内时，一次调频动作，使导叶开度在几秒时间内迅速增加到98%开度左右（接力器导叶全开行程开关动作），桨叶开度跟随当时水头下的协联曲线增加到98%左右。

（2）监控系统报“7号机组：调速器A套一般故障动作”、“7号机组：调速器B套一般故障动作”，一次调频动作/复归信号刷屏

当7号机组发电机出口PT断线，调速系统测频程序在1 min内未测得机组频率脉冲时，电调柜状态报警窗A/B套报机频故障，机频故障后切换齿盘测速为主用，同时上报给监控系统调速器A/B套一般故障，因齿盘间隙不均匀，调速系统齿盘测速是以每个齿盘的上升沿或下降沿来计算机组频率，导致测得的机组频率跳变很大，监控系统上位机一次调频动作/复归信号刷屏，导叶开度调整频繁。因桨叶开度死区为2%的开度，所以桨叶开度调整不频繁。

（3）调速器系统辅助油泵启动运行时间较长

7号机组发电机出口PT断线期间，因导叶频繁动作，所以调速器系统油压消耗较快。辅助油泵功率小，打压时间较长，打压时间为12 min 30 s左右。

4.3 励磁系统动作信号分析

7号机组励磁系统调节器A通道采集的机端电压取自出口PT2的绕组Ⅰ，B、C通道采集的机端电压取自发电机出口PT3的绕组Ⅰ。当7号机组发电机出口PT断线，7号机组励磁系统调节器A、B、C 3个通道的机端电压采集回路断开，无法对机端电压进行采集。

（1）监控系统报“7号机组：励磁系统PT故障动作”、“7号机组:励磁系统自动方式复归”、“7号机组：励磁系统手动方式动作”

励磁系统PT故障有两种情况：

1）三相机端电流平衡时，三相机端电压不平衡；

2）当励磁电流＞20%Ie时，机端电压＜5%Ue。

当7号机组发电机出口PT控制方式为退出时，7号机组励磁系统调节器的A、B、C 3个通道采集的机端电压为0 V，而机端电流正常采集，此情况符合条件2，故报PT故障信号，且通道状态级别变为2，自动将工作方式切换至手动方式[3]。励磁系统调节器通道状态级别见表1。

表1 励磁系统调节器通道状态级别

（2）监控系统报“7号机组:励磁系统满足开机条件复归”

励磁系统满足开机条件的判断条件为：

1）控制方式在远方位；

2）励磁系统无故障信号。

因为7号机组励磁系统报A、B、C套“PT故障”信号，不满足开机条件，故励磁系统“满足开机条件复归”信号动作。

4.4 继电保护系统动作信号分析

7号机组故障录波装置采集的机端电压取自发电机出口PT1的绕组Ⅱ及开口三角绕组，发电机A套保护装置采集的机端电压取自发电机出口PT1的绕组Ⅱ及开口三角绕组，发电机B套保护装置采集的机端电压取自发电机出口PT2的绕组Ⅱ及开口三角绕组。

（1）监控系统报“7号机组：故障录波装置录波启动动作”

7号机组故障录波装置的发电机机端电压相电压突变定值为10 V、发电机机端电压相电压下限定值为40 V、发电机机端电压正序突变定值为10 V，当7号机组发电机出口PT断线（相电压从57.75 V突变为0 V），满足上述启动故障录波的定值。

（2）监控系统报“7号机组：发电机A套保护装置装置报警动作”、“7号机组：发电机A套保护装置装置PT断线动作”、“7号机组：发电机B套保护装置装置报警动作”、“7号机组：发电机B套保护装置装置PT断线动作”。

发电机保护装置报PT断线信号的条件为：

1）正序电压小于18 V，且任一相电流大于0.04In；

2）负序电压3U2大于8 V。

当机端PT满足以上任一条件，延时10 s发相应PT断线报警信号，装置面板上PT断线红灯点亮。异常消失，延时10 s后信号自动返回，装置面板上PT断线红灯熄灭。

当7号机组发电机出口PT断线，满足发电机保护装置报PT断线信号的条件1，故发电机A、B套保护装置延时10 s报PT断线信号。

5 结论

综上所述，当7号机组发电机出口PT断线时，机组计算机监控系统、调速器系统、励磁系统、继电保护系统信号动作正确。通过分析信号动作的原因，为水力发电厂运行维护人员根据具体的动作信号快速判断故障原因提供了参考，最大程度地保证机组安全稳定运行。