发电机裂相横差保护动作原因分析及处理

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摘要：某水电站装机容量4×15万kW，轴流转浆式水轮发电机组。2号发电机组在投产前的调试过程中，发生发电机裂相横差保护动作事件，经过深入的分析及研讨，确诊发电机裂相横差保护动作的主要原因是发电机定子和转子间的空气间隙超差。经重新调整发电机定子、转子空气间隙合格后，裂相横差保护不再动作。

关键词：裂相横差保护、动作原因、空气间隙超差、处理。

一、引言

发电机裂相横差保护是发电机的一个主保护，对定子绕组相间短路和匝间短路均有作用，并能兼顾分支开焊故障。裂相横差保护一旦动作，就得分析原因，采取处理措施，若是电气二次设备问题则容易解决;若是电气一次设备或机械设备问题则不易解决：工作量大、处理时间长。笔者就此次发电机裂相横差保护动作事件进行小结，希望能给从事电力行业的同仁们遇到类似情况时提供参考。

二、保护动作现象

2005年6月28日，某水电站2号发电机进行投产前的调试，发电机出口断路器QF712在分闸位置，灭磁开关在合闸位置，当发电机加入励磁电流进入100%空载状态时，2号发变组保护A、B柜的发电机裂相横差保护均动作出口：2号发电机灭磁开关跳闸，2号机组事故停机。查阅保护装置动作报告和故障录波器波形文件，发现裂相横差保护差流超过保护起动定值0.3 Ie（Ie为发电机额定电流），零序电流型横差保护电流也很大、高达1.3 A。

三、保护装置简介

2号发变组保护A、B柜RCS-985A保护装置各有一套发电机裂相横差保护、各有两套发电机零序电流型横差保护。图1是发电机中性点电流互感器示意图，裂相横差保护和零序电流型横差保护的出口方式相同：跳发电机出口断路器和发电机灭磁开关、机组事故停机。

1.横差保护电流互感器配置：

1.1裂相横差保护取同相不同分支的电流互感器：A柜为BA1、BA3;B柜为BA2、BA4。

1.2零序电流型横差保护取中性点连线的电流互感器：A柜为BA01、BA02;B柜为BA03、BA04。

1.3横差保护定值（A、B柜相同）：裂相比率横差保护起动定值为0.3 Ie;裂相横差速断定值为4.0 Ie;零序电流型横差保护电流定值为1.57 A;零序电流型横差保护2电流高定值为9.43 A。

四、保护动作原因分析

保护动作原因分析、故障查找，本着“先从简单、容易的方面着手，再到复杂、困难的方面查找”原则，查找顺序为：电气二次设备、电气一次设备、机械设备。

1、先从电气二次设备上查找故障原因。

1.1、模拟故障，加故障电流，对2号发变组保护A、B柜的发电机裂相横差保护和零序电流型横差保护重新进行校验，六套保护装置均能正确反映故障，正确动作。

1.2、对发电机裂相横差保护和零序电流型横差保护电流回路的接线进行核对，核对结果接线正确、连接牢固。

1.3、对发电机裂相横差保护和零序电流型横差保护用的电流互感器BA1～BA4、BA01～BA04进行检验，各项技术参数均符合要求。

2、在确证电气二次设备不存在问题后，转入从电气一次设备、机械设备上查找故障原因。

2.1、再次进行发电机短路、空载、带负荷等工况试验，发现2号发变组保护A、B柜裂相横差保护虽不动作出口却有裂相横差保护差流报警信号，查看保护装置采样值：裂相横差保护差流高达0.25 Ie，零序电流型横差保护电流高达1.2 A，接近保护动作整定值。

2.2、最后对发电机定子绕组进行拆接线处理，使两相的六个分支悬空，另一相三个分支接成星型接法并接至机端电压互感器，然后将发电机开至空载状态，在机端电压互感器处，监测另一相每一分支的感应电势。以同样的方法监测其余两相分支的感应电势。监测结果发现同相的三个分支在同一时刻的感应电势相差高达13%，这是造成保护动作的原因所在。

2.3、进一步检查发现发电机定子和转子间的空气间隙发生了较大的变化，最大与最小气隙之差已达4.15毫米，超出了偏差不得大于平均气隙10%的技术要求，分析认为定子和转子的空气间隙超差是引起发电机同相的三个分支在同一时刻的感应电势相差大的主要原因。

3、根据以上故障原因查找的结果，综合分析，得出以下结论：

3.1、发电机定子和转子的空气间隙超差是发电机裂相横差保护动作的主要原因。

3.2、发电机定子绕组材质、现场安装偏差等诸多因素的影响，发电机裂相横差保护动作的次要原因，这个原因是无法避免，是发电机固有的特性。

五、处理措施

1、重新调整发电机定子和转子的空气间隙，调整后定子和转子的空气间隙符合标准要求。

2、在发电机转子上加平衡配重，防止机组振动引发定子和转子的空气间隙超差。

3、提高现场安装质量，尽量减少现场安装偏差带来的影响。

经上述处理后，又再次进行发电机短路、空载、带负荷等工况试验，2号发变组保护A、B柜裂相横差保护已没有裂相横差保护差流报警信号，查看保护装置采样值：裂相横差保护差流最大为0.13 Ie，零序电流型横差保护电流最大为0.7 A。

2号发电机于2005年8月11日投入商业运行，投运以后裂相横差保护差流和零序电流型横差保护电流值稳定、无上升趋势。这证明了保护动作原因分析正确，处理措施有效。

六、结束语

某水电站2号发电机裂相横差保护动作原因分析及处理工作，工期自2005年6月28日至2005年8月11日，共计46天，该水电站、设备安装单位、工程监理单位、发电机厂家、发变组保护厂家等单位的相关人员付出了艰辛的劳动，期间广西电网公司、广西电力设计院、广西电力研究院、清华大学给予关键的技术指导。笔者有幸全过程参与这次非常典型的保护动作原因分析及处理，深感受益匪浅，略作小结，希望能给从事电力行业的同仁们提供一些参考价值。

参考文献：

[1]王维俭编.发电机变压器继电保护应用.第二版.北京：中国电力出版社.2005年

[2]李玮编著.电力系统继电保护事故案例与分析.北京：中国电力出版社.2012年

[3]国家电力调度通信中心编.电力系统继电保护实用技术问答.第二版.北京：中国电力出版社.2000年