發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)動(dòng)作的分析

郝潤(rùn)濤

(山東新龍集團(tuán)有限公司，山東 濰坊 262700)

發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地保護(hù)動(dòng)作的分析

郝潤(rùn)濤

(山東新龍集團(tuán)有限公司，山東 濰坊 262700)

介紹了一起發(fā)電機(jī)基波3 U0定子接地保護(hù)動(dòng)作跳閘的事故，闡述了發(fā)電機(jī)基波零序電壓與三次諧波電壓共同構(gòu)成的100%定子接地保護(hù)原理，詳細(xì)分析了事故發(fā)生的原因，并提出了相應(yīng)的預(yù)防措施。

定子繞組；單相接地；接地保護(hù)；開(kāi)口三角電壓

0 引言

發(fā)電機(jī)定子接地故障是最常見(jiàn)的發(fā)電機(jī)故障。發(fā)電機(jī)定子接地后，接地電流經(jīng)故障點(diǎn)三相對(duì)地電容、三相定子繞組構(gòu)成通路。當(dāng)接地電流較大時(shí)，能在故障點(diǎn)引起電弧，造成定子繞組和定子鐵芯燒傷，甚至可能造成相間或匝間短路。當(dāng)電廠發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動(dòng)作時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行及檢修人員應(yīng)及時(shí)掌握發(fā)電機(jī)一、二次設(shè)備及保護(hù)動(dòng)作信息，并立即進(jìn)行分析、判斷和處理，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 事件經(jīng)過(guò)

2011-03-24T13:30，某電廠7號(hào)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)突發(fā)“基波3U0動(dòng)作信號(hào)”，發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作跳閘，造成廠用電系統(tǒng)瓦解。發(fā)電機(jī)跳閘后，檢查為發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地基波零序保護(hù)動(dòng)作。隨即對(duì)發(fā)電機(jī)一、二次設(shè)備，發(fā)電機(jī)本體，母線，TV(電壓互感器)，TA(電流互感器)，避雷器，主變及其附屬設(shè)備進(jìn)行檢查，均未發(fā)現(xiàn)明顯異常，測(cè)量發(fā)電機(jī)定子繞組對(duì)地絕緣電阻合格。在確認(rèn)發(fā)電機(jī)無(wú)異常的情況下，重新將其并入系統(tǒng)后發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)機(jī)端TV開(kāi)口三角電壓值異常并存在波動(dòng)。

2 發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)原理

該電廠的7號(hào)發(fā)電機(jī)經(jīng)中性點(diǎn)TV接地，采用基波零序電壓與三次諧波電壓共同構(gòu)成的100%定子接地保護(hù)，其接線示意如圖1所示。

圖1 發(fā)電機(jī)的一次接線

當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地時(shí)，同中性點(diǎn)非直接接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障一樣，故障點(diǎn)將出現(xiàn)零序電壓，且零序電壓與故障點(diǎn)距中性點(diǎn)的距離成正比。當(dāng)中性點(diǎn)附近發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)零序電壓為0；當(dāng)故障點(diǎn)越靠近中性點(diǎn)時(shí)，其零序電壓越小，甚至可小于微機(jī)保護(hù)的整定值而出現(xiàn)保護(hù)的“死區(qū)”。這時(shí)發(fā)電機(jī)的三次諧波電壓構(gòu)成的定子接地保護(hù)，可消除零序電壓保護(hù)的“死區(qū)”。其原理是：利用正常運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的三次諧波電壓值比發(fā)電機(jī)機(jī)端的三次諧波電壓大，而發(fā)生發(fā)電機(jī)內(nèi)部定子繞組單相接地故障時(shí)，發(fā)電機(jī)機(jī)端的三次諧波電壓卻比中性點(diǎn)的三次諧波電壓大的特點(diǎn)，設(shè)定發(fā)電機(jī)機(jī)端的三次諧波電壓為動(dòng)作量，中性點(diǎn)的三次諧波電壓為制動(dòng)量，當(dāng)動(dòng)作量大于制動(dòng)量時(shí)，保護(hù)動(dòng)作，正常時(shí)保護(hù)制動(dòng)。

某公司生產(chǎn)的PA300-G型發(fā)電機(jī)綜合保護(hù)裝置，其定子接地保護(hù)有以下2種方式。

(1) 基波3U0或U0定子接地保護(hù)?；?U0或U0定子接地保護(hù)反應(yīng)85%～95%的定子繞組單相接地故障。保護(hù)裝置采集2個(gè)零序電壓，即發(fā)電機(jī)機(jī)端TV開(kāi)口三角繞組零序電壓3 U0和中性點(diǎn)TV二次側(cè)零序電壓U0，此保護(hù)可濾除三次諧波分量，只反應(yīng)基波分量。3U0和U0以躲過(guò)正常運(yùn)行時(shí)機(jī)端TV開(kāi)口三角繞組或中性點(diǎn)單相TV二次側(cè)可能出現(xiàn)的最大基波零序電壓來(lái)整定，動(dòng)作定值為12 V，其保護(hù)邏輯如圖2所示。

圖2 基波3 U0或U0定子接地保護(hù)

(2) 三次諧波定子接地保護(hù)。三次諧波電壓定子接地保護(hù)反應(yīng)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)20%～30%的定子繞組單相接地故障。機(jī)端側(cè)三次諧波電壓取自機(jī)端TV開(kāi)口三角零序電壓，中性點(diǎn)三次諧波電壓取自發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)TV二次電壓，以保護(hù)裝置測(cè)取的三次諧波電壓作為保護(hù)判據(jù)。

該裝置諧波制動(dòng)系數(shù)分為2種：K1為并網(wǎng)前諧波制動(dòng)系數(shù)，K2為并網(wǎng)后諧波制動(dòng)系數(shù)。整定原則是，躲開(kāi)正常運(yùn)行時(shí)機(jī)端三次諧波電壓與中性點(diǎn)三次諧波電壓的比值為最大值，即U0T(三次)/U0N(三次)為最大值。其保護(hù)邏輯如圖3所示。

圖3 并網(wǎng)前后的三次諧波定子接地保護(hù)邏輯

圖3中:K1U0N(三次)為并網(wǎng)前制動(dòng)量；K2U0N(三次)為并網(wǎng)后制動(dòng)量；U0T(三次)為動(dòng)作量。

3 基波3 U0定子接地保護(hù)動(dòng)作分析

根據(jù)發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)原理，7號(hào)發(fā)電機(jī)組定子接地保護(hù)的基波零序電壓3U0，取自機(jī)端TV的開(kāi)口三角形繞組，動(dòng)作定值為12 V。正常運(yùn)行時(shí)，機(jī)端TV開(kāi)口三角不平衡電壓有基波和三次諧波2種。當(dāng)高壓側(cè)發(fā)生單相接地故障時(shí)，高壓系統(tǒng)通過(guò)變壓器高、低壓繞組間的電容耦合傳給發(fā)電機(jī)機(jī)端的零序電壓，可能超過(guò)定子接地保護(hù)的動(dòng)作電壓。檢修人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)檢查后排除了高壓側(cè)接地故障的可能。通過(guò)查閱保護(hù)事件記錄可知，定子接地保護(hù)動(dòng)作報(bào)告顯示，基波零序電壓3U0為12.34 V，已超過(guò)了定子接地保護(hù)定值12 V，因而保護(hù)動(dòng)作跳閘解列發(fā)電機(jī)。而在此次事件中，三次諧波保護(hù)未動(dòng)作，即排除了中性點(diǎn)附近接地故障的可能。測(cè)量發(fā)電機(jī)對(duì)地絕緣電阻為10MΩ，則排除了定子繞組接地的可能。并列后，測(cè)量機(jī)端TV開(kāi)口三角電壓為6 V，且數(shù)值不穩(wěn)定，隨著負(fù)荷的增加而不斷升高，但機(jī)端TV三相對(duì)地電壓值無(wú)變化，發(fā)電機(jī)三相電壓值正常。

由此可判斷發(fā)電機(jī)定子繞組并沒(méi)有發(fā)生接地故障，而是由于機(jī)端TV開(kāi)口三角電壓3U0異常波動(dòng)并超過(guò)保護(hù)整定值而導(dǎo)致了保護(hù)動(dòng)作跳閘事故。

4 開(kāi)口三角電壓異常原因分析

停機(jī)后，檢修人員對(duì)機(jī)端TV開(kāi)口三角電壓異常波動(dòng)原因進(jìn)行排查。首先對(duì)機(jī)端TV一、二次接線，高、低壓熔斷器進(jìn)行了詳細(xì)的檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯異常。此次事故中，TV三相對(duì)地電壓值正常，排除了諧振過(guò)電壓造成開(kāi)口三角電壓升高的可能。其次，對(duì)機(jī)端TV進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)TV泄漏電流嚴(yán)重超標(biāo)，主要原因是機(jī)端TV非全絕緣型，且安裝在發(fā)電機(jī)0m層，該層環(huán)境潮濕，TV受潮引發(fā)對(duì)地閃絡(luò)而導(dǎo)致開(kāi)口三角電壓異常波動(dòng)。

為消除設(shè)備隱患，可將機(jī)端TV更換為全絕緣型TV，并加強(qiáng)對(duì)TV的巡檢工作，定期測(cè)量發(fā)電機(jī)0m層的濕度、TV溫度及二次電壓值，并將保護(hù)裝置檢測(cè)到的3 U0基波零序電壓傳送至運(yùn)行人員值班的監(jiān)視電腦界面，以方便運(yùn)行人員觀察并記錄機(jī)組不同運(yùn)行工況下數(shù)值的變化情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。同時(shí)，將保護(hù)定值提高為15 V，確保躲過(guò)機(jī)組運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的不平衡電壓。自實(shí)施上述措施以來(lái)，機(jī)組運(yùn)行至今未發(fā)現(xiàn)異常。

5 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生故障，并伴隨繼電保護(hù)動(dòng)作報(bào)警和跳閘時(shí)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)時(shí)的報(bào)警信號(hào)和保護(hù)動(dòng)作情況，對(duì)發(fā)電機(jī)一、二次相關(guān)設(shè)備分別進(jìn)行排查，迅速判斷設(shè)備故障點(diǎn)及保護(hù)動(dòng)作是否正確，以便確定故障原因并及時(shí)處理。應(yīng)加強(qiáng)對(duì)發(fā)電機(jī)組相關(guān)設(shè)備的檢查和測(cè)試，改善設(shè)備運(yùn)行環(huán)境，采取防止設(shè)備運(yùn)行異常的措施，及時(shí)消除設(shè)備隱患，全面提高機(jī)組的安全運(yùn)行水平。

2013-11-16。

郝潤(rùn)濤(1981-)，男，技師，主要從事熱電廠電氣運(yùn)行工作，email：haoruntao0526@163.com。