湛江發(fā)電廠3號、4號發(fā)電機是東方電機廠制造的QFSN-300-2型發(fā)電機，勵磁方式為三機勵磁，冷卻方式為水-氫-氫，額定轉(zhuǎn)速為3 000r/min。發(fā)電機采用高電阻接地，采用單元接線與系統(tǒng)聯(lián)結(jié)的方式，發(fā)電機-變壓器組保護裝置為南京自動化設(shè)備總廠的WFBZ-01型微機保護，定子繞組匝間采用三次諧波制動零序電壓保護。?

1汽輪發(fā)電機匝間保護系統(tǒng)誤動
1.1第一次異常情況
　　1999年5月11日16時26分，3號機組帶負荷有功運行緩慢升至230 MW時，機組跳閘，“定子接地保護”、“發(fā)電機匝間保護” 信號告警，熱工溫度信號亦告警。當時保護裝置記錄的參數(shù)如下：
　　a)匝間靈敏段零序電壓的基波分量U1=27.21 V，三次諧波分量U3=3.77 V（保護整定值為4 V）；
　　b)匝間次靈敏段零序電壓的基波分量U1=27.21（保護整定值為8 V）;
　　c)定子繞組接地零序電壓三次諧波的動作分量U3，act=6.30 V，制動分量U3，start=3.76 V。
　　機組跳閘后檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機定子絕緣正常，于是對發(fā)電機進行交、直流耐壓試驗，直流泄漏試驗，直流電阻試驗；檢驗外圍的封閉母線、避雷器、電壓互感器（TV），均未發(fā)現(xiàn)異常情況，機組投入正常運行。
1.2第二次異常情況
　　2002年12月31日6時20分， 4號機帶210 MW負荷運行時，“發(fā)電機TV2，TV3斷線”、“定子接地”、“定子匝間保護”信號告警，4號發(fā)電機跳閘。當時保護裝置記錄的參數(shù)如下：
　　a）匝間靈敏段零序電壓的基波分量U1=9.85 V，三次諧波分量U3=0.45 V（保護整定值為4 V）；
　　b）匝間次靈敏段零序電壓的基波分量U1=9.87V（保護整定值為8 V）。
　　經(jīng)初步檢查，保護系統(tǒng)沒有異常跡象。為進一步查明故障，停機檢查。對發(fā)電機進行了定子絕緣、直流電阻、交流耐壓、直流耐壓、直流泄漏等試驗；對TV本體進行了直流電阻、絕緣、TV特性等試驗檢查；對接地變壓器進行了直流電阻、絕緣、一次電纜試驗檢查；對保護裝置進行采樣、電纜屏蔽、TV斷線閉鎖、二次接線、抗干擾等項目的檢查試驗；對發(fā)電機內(nèi)部進行外觀檢查均未發(fā)現(xiàn)異常,2003年1月4日1時50分機組并網(wǎng)投入正常運行。
　　3號機組和4號機組在運行中出現(xiàn)相同的定子繞組匝間保護動作，可是，分析保護動作量及當時的參數(shù)特征，兩次匝間保護動作正確，都伴隨有定子接地三次諧波信號，好像一次設(shè)備真有故障發(fā)生，但進一步檢查分析，一次、二次設(shè)備均無異常。 

2發(fā)電機定子繞組匝間保護分析
2.1定子繞組匝間保護構(gòu)成
　　湛江發(fā)電廠3號、4號發(fā)電機定子繞組匝間保護邏輯見圖1。在圖1中，零序電壓取自發(fā)電機專用電壓互感器TV2的開口三角形繞組，零序電壓中三次諧波不平衡量由數(shù)字傅氏濾波器濾除。為了更準確、靈敏地反應內(nèi)部匝間故障，同時又防止外部短路時保護誤動，該保護邏輯以縱向零序電壓中三次諧波特征量的變化來區(qū)分內(nèi)部和外部故障。 ?

2.2三次諧波閉鎖量
　　發(fā)電機三次諧波電壓主要與發(fā)電機結(jié)構(gòu)、負荷有關(guān)。發(fā)電機的定子繞組、定子鐵心、轉(zhuǎn)子鐵心絕對不可能三相對稱和平衡，其結(jié)果是在TV開口三角出現(xiàn)較大的不平衡三次諧波電壓。湛江發(fā)電廠4號機組在不同負荷時的三次諧波電壓見表1。湛江發(fā)電廠2號機組的錄波中（與3號機和4號機同型），分別記錄了主變壓器高壓側(cè)W相接地、機組甩負荷、正常運行時的三次諧波電壓，具體數(shù)值見表2。由此可見三次諧波電壓的大小主要隨機組負荷變化的，即便在外部短路時，其變化也不是非常顯著，也難以在外部發(fā)生故障時保證可靠閉鎖匝間保護，但在發(fā)電機內(nèi)部故障時基本不變。因此縱向三次諧波電壓不是發(fā)電機匝間故障的一個電氣特征量。
2.3保護特性分析
　　在兩次發(fā)電機匝間保護系統(tǒng)出現(xiàn)異常動作中，均呈現(xiàn)較大的三倍縱向零序電壓（），三次諧波及TV斷線均未閉鎖保護出口。在運行中出現(xiàn)較大的原因有三相參數(shù)不對稱，包括發(fā)電機定子特性不一致；中的三次諧波過濾特性不好；外界電壓耦合，如出現(xiàn)高壓近距離接地故障。隨著一次、二次設(shè)備制造工藝、技術(shù)水平的提高，特別采用微機數(shù)字濾波處理后，正常運行中的很小，一般不大于0.1 V。一般縱向零序過電壓整定值較低，規(guī)程規(guī)定為2～3 V，但是，在大型發(fā)電廠中，受干擾信號等的影響，很難保證零序過電壓值低于標準規(guī)定值，這就要求保護系統(tǒng)應能防止干擾信號引起的誤動。
　　在采用的三次諧波制動縱向零序過電壓保護中，近距離的區(qū)外故障發(fā)電機的三次諧波電壓沒有明顯增加，起不到閉鎖區(qū)外故障引起保護誤動的作用，在內(nèi)部故障中不能識別故障，一直開放閉鎖，可見起不到閉鎖功能。同樣采用根據(jù)機端相電流比率制動的零序電壓保護，盡管在防止區(qū)外誤動方面有效，但對TV回路干擾引起的誤動也無能為力。動作量低，閉鎖不可靠是該保護產(chǎn)生誤動的根本原因。
　　發(fā)電機定子繞組匝間保護屬于快速主保護，可靠的TV斷線閉鎖對防止匝間保護誤動至關(guān)重要，原保護中無TV斷線閉鎖，根據(jù)縱向零序過電壓可知，在TV斷線和TV一、二次保險發(fā)生緩慢熔斷時，會出現(xiàn)與匝間故障相同的大型發(fā)電機機端一般均裝設(shè)有三組TV，其中一組是匝間保護專用TV，兩組普通TV，完全可以設(shè)置較準確、靈敏的TV斷線閉鎖邏輯。

3改進措施
　　東方電機廠制造的QFSN-300-2型發(fā)電機同槽、同相占總槽數(shù)的40%。由于線棒固有缺陷、運行中機械磨損、應力損傷、匯水管集污等原因，發(fā)電機可能存在定子匝間短路。對機組保護動作正確率的統(tǒng)計了解到，定子繞組匝間保護正確動作率只有39.29%，為此，提高匝間保護的可靠性就十分必要，必須制定有效的改進措施。
3.1增加負序功率方向的閉鎖
　　根據(jù)DL/T 684—1999《大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導則》中的4.1.7對縱向零序過電壓保護的規(guī)定：“為防止外部短路誤動作，可增設(shè)負序方向繼電器，后者具有動合觸點，當發(fā)電機內(nèi)部短路時，觸點閉合。” 這樣，當發(fā)電機發(fā)生相間短路、匝間短路及分支開焊等不對稱故障時，負序功率P2由發(fā)電機流出；當系統(tǒng)發(fā)生不對稱故障、非全相運行、負荷不平衡時，負序功率P2流向發(fā)電機。因此根據(jù)機端負序功率P2的流向可區(qū)分發(fā)電機是否發(fā)生內(nèi)部不對稱故障。
　　為防止由于專用TV三次回路多點接地或其他不明原因造成在匝間保護輸入回路中產(chǎn)生較大的基波電壓致使保護誤動，可以增設(shè)負序功率方向元件。增加的負序功率方向指向系統(tǒng)，即當由發(fā)電機輸出負序功率時，該閉鎖元件動作，允許匝間保護出口。此種閉鎖方向又稱“允許式”，這樣，該保護只有在兩個條件同時發(fā)生時才允許保護出口，其邏輯關(guān)系詳見圖2。這種形式的保護，其優(yōu)點是可以避免出現(xiàn)類似的縱向零序電壓回路干擾、TV接觸不良引起的誤動問題；缺點是影響定子繞組匝間保護的靈敏性，但對于微機型保護裝置，功率方向元件的動作功率很小，保護靈敏度的降低影響不會太大。
3.2改進TV斷線閉鎖
　　改進TV斷線閉鎖邏輯。TV斷線閉鎖應具備的功能：防止TV斷線、TV的一、二次保險出現(xiàn)緩慢熔斷及縱向零序電壓回路干擾引起的誤動。方法是除采用傳統(tǒng)的平衡式低電壓、負序電壓閉鎖外，還采用如下邏輯，避免TV回路問題引起的誤動：
　　a)為了防止專用的TV一次、二次斷線，可設(shè)專用TV負序電壓值大于整定值；專用TV自產(chǎn)零序電壓值大于整定值；普通TV負序電壓值大于整定值。
　　b)為了防止縱向零序電壓回路干擾引起保護誤動，可設(shè)專用TV自產(chǎn)零序電壓值大于整定值；專用TV測量零序電壓值大于整定值。
　　改進后的邏輯（見圖2），可保證發(fā)電機并網(wǎng)前后均有保護，可從引入電流或開關(guān)量判別發(fā)電機是否并網(wǎng)，以解除、投入負序功率方向。?

4結(jié)束語
　　湛江發(fā)電廠汽輪發(fā)電機縱向零序過電壓匝間保護系統(tǒng)因故障電壓整定值設(shè)置較小，抗干擾能力較差，出現(xiàn)誤動概率高的現(xiàn)象，為了避免這種情況出現(xiàn)，在保護邏輯中增加“允許式”負序功率方向閉鎖功能模塊，實現(xiàn)雙故障量與門出口的同時，改進TV斷線閉鎖功能，進一步提高匝間保護的可靠性。