发电机负序电流异常增大的原因分析

黄婷婷

摘要：指出了负荷或系统的不对称，引起负序电流流过发电机定子绕组，并在发电机空气隙中建立负序旋转磁场，使转子感应出两倍频率的电流，引起转子发热。大型机组的热容量裕度一般较小，所以要特别强调对大型发电机的负序电流的监视。详细分析了在机组正常运行中由于二次回路设备的异常引起监视画面负序电流突然的增大的原因。

关键词：负序电流；异常；增大

中图分类号：TM371

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2016）20-0115-03

1 引言

发电机在正常运行时发出的是三相对称的正序电流。发电机转子的旋转方向和旋转速度与三相正序对称电流所形成的正向旋转磁场的转向和转速一致，即转子的转动与正序旋转磁场之间无相对运动，也称为同步。当电力系统发生不对称短路或者负荷三相不对称时，在发电机定子绕组中就流过负序电流，该负序电流在发电机气隙中产生反向的旋转磁场相对于转子来说为2倍的同步转速，在转子中就会感应出100 Hz的电流，该电流主要部分流经转子本体、槽契和阻尼条，在转子端部附近沿周界方向形成闭合回路，这就使得转子端部、护环内表面、槽契和小齿接触面等部位局部灼伤，同时负序（反向）气隙旋转磁场与转子电流之间，正序（正向）气隙旋转磁场与定子负序电流之间所产生的振动频率为100 Hz。鉴于以上原因，发电机应装设负序电流保护并在画面实时监视，遇到异常紧急情况，运行人员立即采取措施保证发电机安全稳定运行。

2 发电机负序电流产生的原因

一般稳态负序电流在发电机定子中存在时间较长，而暂态负序电流在定子中存在时间相对较短，这是由产生原因而定。

（1）由于输配电及供电系统电网结构不合理，或有大容量的单相负载，使系统三相负载不平衡，造成发电机不对称运行，这种情况产生的负序电流可能在定子中较长时间存在。

（2）因系统内或发电机本身产生不对称性短路故障，如输电线路单相接地、两相短路、发电机定子匝间、相间短路等产生的负序电流，存在时间较短。

（3）系统发生非全相运行，如带有单相重合闸的输电线路，或发电机并（解）时，出口断路器发生非全相合（断），这时负序电流的存在时间久定的作用。

2016年3月18日14：10，某电厂2号机监盘人员发现2号发电机负序电流由186 A快速升至386 A，最大短时上升至414 A。负序电流变化前后发电机有、无功没有变化（P=660MW，Q=177 MWar）。静子电流A相由19447 A降至19301 A，B相由19499 A升至19669 A，C相由19492 A升至19639 A。

3 负序电流突然增大的原因分析

结合此电厂实际，其监视画面电流突然增大的原因主要有以下几点：①500 kV系统不对称负载；②厂用电或励磁系统缺相运行；③发电机CT及测量回路故障；④机组内部故障。针对上述可能的原因，对引起负序电流变化的参数及设备进行检查、分析：

3.1 负序电流变化后，500 kV系统各开关情况。

由表1可以看出，500 kV两条出线负载三相基本平衡，可以排除因系统不对称负载造成的负序电流突变。

3.2 检查设备

对发电机、厂用电、励磁系统及主变等设备进行检查，未发现发热、放电及异常现象，发电机各部温度正常。

3.3 发电机振动

联系热控人员，调取SIS记录，从趋势曲线中可以看出发电机在负序电流变化前、后，发电机两端振动基本无变化。

3.4 综合参数分析

综合以上各参数分数，初步判断负序电流产生的原因为发电机CT或测量回路存在异常。于是，继保人员对2号发电机机端、中性点电流回路进行了通流检查工作，电流回路未发现异常，怀疑负序电流变送器输出存在问题，拆下该负序电流变送器，对其进行校验分析。检查结果如下。

3.4.1 2号发电机机负序电流变送器参数

型号JA977412-A3输入：0～5 A，输入相：A、C相，25000/5 A，输出4～20 mA负序电流范围0～0.5 A（二次值）对应一次电流值为0～2500 A，检查DCS量程设置正确：输出4～20 mA对应0～2500 A。

3.4.2 2号发电机负序电流变送器投运前校验情况

由于变送器的输出最大为0.5A（折算成一次值2500A）负序电流，电测标准室校验时，通入变送器的电流最大0.5A的A、C相电流（按负序角度通入），从0.1～0.5 A，从校验结果来看（图1），5个点都是合格的。

3.4.3 本次临检（停机）2号发电机负序电流变送器的检验情况

本次停机模拟正常运行时变送器的输入、输出情况进行检查，图2是输入1～5 A正序电流时变送器的输出结果。

从图2可以看出，当输入1～5 A（二次电流，正序值，负序分量为0），此时变送器的输出应该是4 mA，上图中的1～5 A的5个点没有一个是合格的。以第三个点为例，二次电流值为3 A，折到一次侧为15000 A，输出为4.793827 mA，对应DCS负序电流显示为156.25×4.793827-625=124 A。也就是说，假如发电机三相电流都为15000 A，且角度对称，这时发电机没有负序电流。但该负序电流变送器仍有124 A的负序电流输出。这就是问题所在：该负序电流变送器内部的负序电流滤过器并未完全滤除输入量中的正序分量，导致在输入正序分量时，负序滤过器输出端仍有输出（正序分量）。

3.4.4 关于负序电流变送器的校验问题

查阅资料，关于负序电流变送器并没有专门的校验规程，询问省内等单位同行，和我厂校验方法基本相同，按负序电流变送器的输出量程通入输入电流，取负序角度通入，分别取5个点，校验每个点的误差，从而校验负序电流变送器的准确性，这样校验和实际运行工况还是有很大的差别，最起码这次小修按这种方法并没有发现负序电流变送器的问题，所以校验工作还应结合现场的实际运行情况，这在我们今后的工作中要加以改进。

3.5 解决措施

（1）更换负序电流变送器；

（2）完善负序电流变送器的校验方法：除了按常规校验方法取输出量程对应的输入量，而且还要模拟正常工况输入正序电流和输入三相不对称电流来验证负序电流滤过器的可靠性；

（3）举一反三，梳理全厂序分量变送器，按校验计划安排重新校验。

4 负序电流增大异常处理（机组运行）

机组运行中负序电流异常现象发生后，为防止异常原因未明确或异常继续发展造成的设备事故，一方面进一步查找负序电流变化的原因，另一方面根据负序电流可能出现的原因要求运行中采取以下应对措施：

（1）要求运行人员及点检、维护人员加强对发变组、励磁系统、升压站等相关设备的检查，特别注意有无放电、发热或异常声响。要求保护人员对发电机回路CT及测量回路开展细致排查，尽快判断异常发生位置。

（2）对厂用电系统及各主要辅机参数密切跟踪分析，若负序电流由厂用电系统、励磁系统或主要辅机缺相运行引起，应及时停役对应辅机、系统甚至机组。

（3）对500 kV系统参数密切跟踪分析，若发电机负序电流由500 kV系统异常引起，应立即检查运行中的机组负序电流情况并汇报调度核实系统运行情况，请求调度处理。若线路存在非全相运行工况时，应汇报调度，拉开非全相运行的线路开关，以保证发电机安全运行。

（4）要求运行人员监盘期间，将发电机负序电流值调入监视大屏作为主参数随时监视，每小时抄录负序电流值并进行对比。如发现负序电流上涨，应立即与发电机静子电流、发电机振动、发电机各部温度及500 kV系统运行参数等值进行比较分析，及时发现异常参数的关联度。

（5）加强对发电机各部温度变化的监视分析，如有异常升高，及时判明原因并调整。特别要注意在发电机定冷水进水温度及进风温度一定的情况下，发电机各部出水温度、出风温度、端部及铁芯温度的升高情况，以此判明发电机一次部分是否存在异常。

（6）如负序电流增长较快，且发电机振动同步增大，发电机各部温度同步上升时，应立即汇报公司及部门领导，降低发电机有、无功负荷，降低负序电流。如负序电流及相关参数继续上升时，应立即汇报公司领导停机。

（7）发电机长期稳定运行其负序电流不得大于额定值的8%，当负序电流达10.5%额定电流值时，负序电流监测仪将报警。如果负序电流达到10.61 %额定电流值时，负序电流保护反时限保护（转子表面过负荷保护）将启动，延时将机组与系统解列，按事故停机处理。

5 结语

负序电流除对发电机和电动机影响外，还对变压器、输电线路、机电保护等造成影响。负序电流会造成变压器一相电流大，另两相电流小，达不到额定容量，同时还会造成损耗增大；负序电流在输电线上传输，实际上负序功率并不做功，但造成了电能损失，降低了输电线输送能力；负序电流增大可能会引起网络中以负序分量启动的继电保护装置误动作。因此，为防止危害的发生，运行监盘人员应该时刻关注其变化，遇到异常情况应该立即采取措施确定是真正意义上的负序还是测量回路原因显示的异常，查明故障点后根据实际情况及时采取应对措施，保证设备和人生安全，保证输电线路及电网安全稳定运行。

参考文献：

[1]张保会，尹项根.电力系统继电保护[M].北京：中国电力出版社，2005.

[2]电力行业职业技能鉴定指导中心.继电保护：11-059[M].2版.北京：中国电力出版社，2009.

[3]国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答[M].2版.北京：中国电力出版社，1999：11.