电压波形畸变造成机组过速紧急停机故障分析

姚远涛

（贵州省黔东南州地方电力总公司镇远分公司，贵州 黔东南 557700)

电压波形畸变造成机组过速紧急停机故障分析

姚远涛

（贵州省黔东南州地方电力总公司镇远分公司，贵州 黔东南 557700)

介绍了某水电厂发电机组概况及设备型号参数，叙述了机组过速停机故障的现象，分析排查出了故障原因为机端二次线电压波形畸变干扰，并采取了相应措施，确保了机组安全可靠运行。

过速保护；二次电压；波形畸变

1 设备概况

某水力发电厂于1970年动工修建，并于1981年3月投入运行。该水轮发电机组的水轮机型号为123-LJ-140，额定转速300r/min，额定出力3 380kW；发电机额定功率3 200kW，额定电压6.3 kV，额定电流366 A，额定转速300r/min。机端电压互感器型号为JDZJ-6，150VA/1级。调速器由原CT-40改造，原油压装置、集油箱和主接力器得到保留，机械飞摆测速装置改为武汉三联水电控制设备公司生产的SLT-3000型全数字可编程微机组合式调速器。

机组测频保护单元箱采用湖南紫光测控有限公司生产的DCAP-3530智能转速测控单元。该智能转速测控单元利用机端电压对发电机组的转速及频率进行自动检测，有七轮转速控制出口(5%，35%，80%，95%，105%，140%，170%)。机端电压测量范围为(0.3～180)V/(2～100)Hz。具有RS-485通迅接口，可与监控计算机进行数据交换，组成电厂综合自动化系统。

2 故障现象

由于机组运行时间很长，设备陈旧、老化，该电厂为提高机组的运行可靠性，进行了调速器、励磁系统及综合自动化的技改。当2号发电机组技改完成以后，通过电气一次模拟、二次模拟等静态调试，再进行动态模拟时，开机空转，机组及各种辅助设备运行一切正常。在运行一段时间无异常后对机组进行零起升压试验。调速器与测频单元箱二次电压接的是机端电压互感器1YH二次线电压UAB(额定二次电压为105 V)。当二次电压升至约80V(机端电压约5000V)时，机组突然发生过速保护动作停机，发“机组过速” 信号，过速停机原因不明。为了查明原因，重新开机至额定转速空载运转10min，运行无异常。安排人员监视调速器上的机组频率表及机组测频单元箱数字变化情况，同时用万用表测量调速器端子上电压互感的输入电压，再次零起升压。当二次电压升至约80V时，又出现机组过速保护动作停机，且频率表和测频单元箱上的数字以及万用表上的数字均看不出变化(数显来不及反应或是肉眼来不及识别)就停机了。

3 故障排查

由于用万用表测量和用肉眼都未能观测到异常情况，因此改用SR8二踪示波器监测电压互感器二次电压与波形，再开机作零起升压。这时，观测到二次电压在10V以下波形是正常的，属正弦波，如图1(a)所示。当电压上升超过10V时，电压波形过零后出现一个小小的畸变点，如图1(b)所示。随着励磁电流的增加，机端电压逐渐上升，电压波形的畸变点也逐渐增大，变成了小小的正弦波形，如图1(c)所示。当二次电压值接近80V时，电压畸形波如图1(d)所示。再继续增大，“机组过速”信号报出，机组紧急停机。

图1 二次电压波形

将测频单元箱及调速器的机频电压UAB改成相电压UA，重新开机零起升压，同时监测电压波形。经检测，电压波形过零后畸形波消失，已变为正弦波，机组升压恢复正常，故障排除。因此，机组过速停机是由机端二次线电压波形畸变造成的。

4 故障分析

由于线电压的波形过零后，出现了2个畸变点，当波形畸变的变化量ΔU值大于测频单元箱电压测量范围最低值0.3 V时，测频装置所检测到的是1个大的正弦波加上2个畸形波，就变成了3个正弦波形了，测出的频率由50Hz变成150Hz(300% ne)。由于机组过速停机保护定值为140% ne，而实测频率超过了此定值，因而过速保护动作紧急停机，并报出“机组过速”信号。

出现这一现象，与2台电压互感器间本身的磁饱和度和磁滞差异有关。原先接UAB时，测频装置检测到的是A，B 2相电压的差值。因为电压互感器是电磁型电压互感器，铁芯磁路除了饱和外，还有磁滞作用。它们的磁化曲线不是单一的，上升和下降特性不相重合，形成了一个滞回环。在这种情况下，2台电压互感的磁化曲线和滞回环存在一定差异，所感应出来的2个二次电压波形存在着偏差或者含有谐波，当二者相减后就出现了上述观测到的畸形波。而改接为单相电压后，测频装置检测到的只是UA单相电压，就没有明显的谐波或谐波很小，基本为基波正弦波形，机组过速停机现象也就消除了。

5 结束语

电厂的热工控制和保护有的需采集机组电压互感器的二次电压，有的保护对于二次电压的波形十分敏感，电压互感器的电压传变性能与保护装置的正确动作密切相关。因此，必须重视电压互感器的特性试验，在做伏安试验时用示波器监测它们的波形变化，并选择合适的二次电压引入保护装置，避免二次电压波形畸变较大引起保护装置误动，保障设备的正常运行。

1 李发海，陈汤铭，郑逢时，等．电机学[M]．北京：中国科学技术出版社，1984.

2015-02-16；

2015-05-24。

姚远涛(1964-)，男，工程师，主要从事电厂发供电及设备维护维修等生产工作，email：doudou2017@163.com。

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