一例发电机差动保护电流回路断线报警故障分析

一例发电机差动保护电流回路断线报警故障分析

朱春锋程兆辉罗路

（中广核工程有限公司）

摘要：某电厂3号机组带负荷运行期间，主控室监测到发电机保护电流（TA）断线报警闪发。机组运行期间发生TA断线，会造成非预期停机停堆、设备损坏等严重后果。通过对故障原因逐项排查，发现二次回路金属性间断接地的隐性故障。

关键词：差动保护；断线报警；金属性接地

1故障报警情况

某电厂有4台功率均为1000MW的机组，发电机-主变压器组采用单元接线，接入厂内500kV升压站。其中的3号机组在并网带负荷运行期间，主控室数据采集系统（DCS）监测到发电机保护电流互感器（TA）断线报警和发电机TA断线报警信号，并在20min内间断闪发。3号机组出现报警后，检查发电机保护，第1套保护运行正常、无异常报警；第2套保护面板“TA断线”、“报警”，显示“发电机TA断线报警”等；检查发电机保护采样数据，TA断线报警，判断出第2套发电机保护机端C相电流异常，触发TA断线报警。

2发电机保护系统配置及设计参数

2.1发电机保护系统配置与发电机差动保护定值

电厂单机容量为1000MW半速核级发电机，单元机组接线，设置发电机出口断路器为同期点，控制机组空载/并网运行；发电机差动保护定值有不一样的限定，比如发电机差动启动定值Icdqd的整定值是0.2Ie，发电机差动速断定值的整定值是4.0Ie，比率制动起始斜率Kbl1时的整定值是0.1，若发生TA断线时，会造成发电机差动保护动作。

2.3发电机差动保护原理

根据保护原理说明书[1]，发电机比率差动保护动作判据如下：

（1）

发机机端二次矢量电流输入；为电机中性点二次矢量电流输入；Id为发电机差动电流；Ir为发电机制动电流；Kbl为比率制动斜率；Kbl1为比率制动起始斜率；Kbl2为比率制动最大斜率；n为最大比率制动系数时的制动电流倍数。

根据公式（1）及发电机差动保护定值，计算差动保护最小动作电流见表1.

表1发电机差动保护动作电流边界

表1可以看出，发电机正常一侧电流为1.096A时，故障侧电流需小于0.100A；发电机故障侧电流为1.000A，正常侧电流需大于2.114A。

2.4发电机保护TA断线判别原理

TA断线动作判据：

3I0>0.04In+0.25×Imax（2）

式中：In为发电机TA二次额定电流，取5A；3I0为自产零序电流，根据发电机三相输入电流计算；Imax为发电机三相中最大输入相电流。

当最大电流Imax=1.00A，I0>0.15A时，启动TA断线报警，而满足式（2），保护装置启动TA断线报警。

3发电机差动TA断线后果分析

3.1电厂非预期停机停堆风险

发电机TA断线不闭锁差动保护，若发生TA断线，将会启动发电机差动保护，造成反应堆降功率状态后撤等。

3.2设备损坏风险

若发电机TA二次回路开路，TA二次回路由正常短路工作状态变为开路工作状态，二次绕组将在磁通过零时产生高达数千至上万伏尖顶波电动势引起铁芯和绕组过热或烧毁[2]。

4故障原因分析

4.1故障原因排查

4.1.1发电机TA二次回路电流测量

采用双钳相位表测量保护柜输入电流，分别测量端子内、外两侧电流，测量值一致。测量发电机TA端子箱电流，测量端子内、外两侧电流时，两侧电流值不一致。

4.1.2初步原因分析及措施

发电机保护柜处测量电流与采样电流数据一致，保护装置采样无异常、流进保护柜端子处的实际电流异常；TA二次绕组输出电流（ax/by/cz）流进TA端子箱时三相电流均衡，流出TA端子箱时，电流异常，故障区域发生在TA端子箱至保护柜之间。

4.1.3故障原因分析

TA二次回路故障可分为开路、短路及接地故障，发电机TA开路、短路、接地及保护设备故障是造成TA异常的可能原因，逐项检查分析，确定故障原因。

4.1.4电流二次回路开路分析

检查发现二次电流在[0.65，1.00]区间变化，检查接线未见放电等现象，检查二次回路端子紧固，未见虚接等现象，测量外部二次回路导通，排除二次回路开路。

4.1.5电流二次回路短路分析

外观检查二次电流回路完好，未见有外部其它回路环接情况，电流回路二次接线均为单一接线输入输出，测量二次回路直阻正常，排除二次回路短路。

4.1.6电流二次回路接地分析

拆除保护柜外部接线，电压等级为1000V，用摇表测量二次回路绝缘电阻，C相电缆绝缘不稳定，绝缘值在36MΩ～98MΩ摆动，二次电流回路存在多点接地。

4.1.7故障原因查明

拆除二次电缆绑扎线，二次回路的隐性故障：电缆芯线绑扎在端子排金属导轨尖端处，电缆芯线存在压痕；悬空该电缆芯线，隔离电流电缆与导轨，绝缘电阻均在500MΩ以上；恢复电流回路，二次回路电流显示正常，未发生报警。

4.2故障原因分析

发电机TA端子箱安装在发电机-8m平台，二次接线安装过程中导轨端部金属尖端部位与电流二次接线接触，受汽轮机震动影响二次电流回路两点接地分流，触发异常报警。

5故障处理

5.1故障处理及恢复

二次电缆绝缘层破坏、金属性间断接地是造成电流异常的主要原因，重新敷设电缆并完成端接，检查发电机电流采样正确，保护装置运行正常。

5.2实施效果

通过对一起发电机差动保护TA断线故障的处理，消除了发电机二次电流回路的隐性故障，避免了一起核电机组大负荷下的跳机跳堆风险，确保了电厂、电网的安全稳定运行。

参考文献

[1]南京南瑞继保电气有限公司.RCS-985G发电机变压器成套保护装置技术说明书[Z].2012：23～24.

[2]熊信银.发电机电气部分[M].4版.北京：中国电力出版社，2009：185.

[3]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].北京：中国电力出版社，2002.