基于故障錄波數(shù)據(jù)的定子接地故障定位分析

王思良 任保瑞 盧 偉

(二灘水力發(fā)電廠，四川 攀枝花 617000)

基于故障錄波數(shù)據(jù)的定子接地故障定位分析

王思良 任保瑞 盧 偉

(二灘水力發(fā)電廠，四川 攀枝花 617000)

對(duì)中性點(diǎn)經(jīng)接地變壓器接地的大型水輪發(fā)電機(jī)單相接地故障電氣量的變化規(guī)律進(jìn)行了理論分析，并結(jié)合接地故障錄波波形進(jìn)行了分析計(jì)算，驗(yàn)證了利用錄波數(shù)據(jù)進(jìn)行發(fā)電機(jī)單相接地故障相別判斷及定位計(jì)算的正確性和有效性。

故障錄波；定子接地故障；定位

0 引言

定子單相接地故障是大型發(fā)電機(jī)比較常見(jiàn)的故障，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)定子接地故障是防止發(fā)生災(zāi)難性的短路故障、避免造成發(fā)電機(jī)嚴(yán)重?fù)p壞的必要措施。因此大型發(fā)電機(jī)組均裝設(shè)發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)，通常由基波零序電壓加3次諧波電壓組成的雙頻式定子接地保護(hù)與注入式定子接地保護(hù)構(gòu)成雙套不同原理的定子單相接地保護(hù)。其中，基波零序電壓加3次諧波電壓保護(hù)依賴(lài)故障前后零序電壓變化來(lái)判斷定子單相接地，注入式定子接地保護(hù)通過(guò)注入低頻電壓實(shí)時(shí)計(jì)算定子繞組對(duì)地絕緣電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)，二者均能實(shí)現(xiàn)100%范圍定子接地保護(hù)，但是均不能實(shí)現(xiàn)定子接地故障定位功能。而保護(hù)動(dòng)作后，查找故障點(diǎn)，特別是當(dāng)故障點(diǎn)位于定子繞組時(shí)，將是一個(gè)耗時(shí)耗力的復(fù)雜過(guò)程。因此對(duì)于大型發(fā)電機(jī)組，快速準(zhǔn)確地定位故障點(diǎn)對(duì)于及時(shí)處理故障，盡快恢復(fù)機(jī)組運(yùn)行意義重大。

故障錄波裝置能提供完整的故障過(guò)程波形數(shù)據(jù)，為事故分析處理及保護(hù)動(dòng)作評(píng)價(jià)提供幫助。因此，我們可以通過(guò)分析故障數(shù)據(jù)波形來(lái)判斷定子接地保護(hù)動(dòng)作情況，并利用波形數(shù)據(jù)嘗試進(jìn)行定子接地故障定位計(jì)算，為故障點(diǎn)的定位查找提供依據(jù)，方便快速進(jìn)行故障處理。

1 定子接地故障定位分析

發(fā)電機(jī)A相經(jīng)過(guò)渡電阻接地故障示意圖如圖1所示。

圖1 發(fā)電機(jī)A相接地故障示意圖

根據(jù)圖1有：

(1)

解得：

(2)

發(fā)電機(jī)出口三相對(duì)地電壓分別為：

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

由上式可見(jiàn)，發(fā)電機(jī)出口三相對(duì)地電壓大小關(guān)系為：A相經(jīng)過(guò)渡電阻接地時(shí)，B相電壓與A相電壓的大小關(guān)系由K值決定，C相電壓則不低于B相電壓。當(dāng)K>0時(shí)，A相即故障相電壓最低，當(dāng)K<0時(shí)則B相即故障相的下一相電壓最低。而發(fā)電機(jī)的RN、Xc均為已知參數(shù)，因此可以根據(jù)定子接地故障時(shí)的錄波數(shù)據(jù)，分析A、B、C相電壓大小關(guān)系來(lái)準(zhǔn)確判斷故障相。

(9)

(10)

由以上分析可知，根據(jù)錄波數(shù)據(jù)還可以通過(guò)計(jì)算M值的方法求出接地電阻Rg以及接地位置。

2 定子接地故障實(shí)例

2.1 事件概況

2010年1月2日11:30，2號(hào)發(fā)變組保護(hù)定子接地保護(hù)64G1、64G2均動(dòng)作，2號(hào)機(jī)組跳閘。裝置報(bào)文顯示64G1跳閘，動(dòng)作值0.1 kΩ；64G2跳閘，動(dòng)作值0.306UN。

2號(hào)發(fā)變組保護(hù)為雙套配置的ABB公司生產(chǎn)的REG216微機(jī)型發(fā)變組保護(hù)系統(tǒng)，定子一點(diǎn)接地保護(hù)64G1采用的是外加12.5 Hz交流電源的接地保護(hù)，64G2采用的是反應(yīng)基波零序電壓的保護(hù)，取中性點(diǎn)側(cè)的電壓，保護(hù)定子的95%。兩套不同原理保護(hù)均動(dòng)作，基本可以判定發(fā)電機(jī)確實(shí)發(fā)生了定子接地故障。

2.2 故障錄波波形分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)取回的錄波數(shù)據(jù)，故障過(guò)程中發(fā)電機(jī)定子電壓、中性點(diǎn)零序電壓波形以及保護(hù)動(dòng)作過(guò)程如圖2所示。

圖2 定子接地故障過(guò)程波形圖

由圖2可以看出，在0時(shí)刻發(fā)生了定子接地故障，B相電壓降低，A、C相電壓升高，在故障540 ms后第二套定子接地保護(hù)64G2動(dòng)作跳閘，保護(hù)動(dòng)作出口后約73 ms GCB跳開(kāi)，機(jī)組跳閘，而在故障發(fā)生后9 512 ms第一套定子接地保護(hù)64G1動(dòng)作跳閘。

故障發(fā)生至發(fā)電機(jī)跳閘、滅磁過(guò)程為0～540 ms，在此過(guò)程中發(fā)電機(jī)定子電壓和中性點(diǎn)零序電壓波形如圖3所示。

圖3 定子接地故障電壓錄波圖

由圖3可以看出：B相電壓降低為41.6 V，A相電壓升高為67.2 V，C相電壓升高為67.5 V，A、C相電壓均升高且基本相等，中性點(diǎn)零序電壓約為22 V。

2.3 故障定位計(jì)算

二灘發(fā)電機(jī)參數(shù)如下：發(fā)電機(jī)出口額定電壓18 kV，發(fā)電機(jī)出口PT變比n=18/0.1，定子繞組每相對(duì)地電容Cg=1.687 μF，接地變壓器變比nN=14.4/0.12，中性點(diǎn)接地變負(fù)載電阻RN=0.091 2 Ω，因此有發(fā)電機(jī)三相對(duì)地容抗：

中性點(diǎn)接地變負(fù)載電阻折算到一次側(cè)：

RN=n2Rn=1 313.28 Ω

即當(dāng)發(fā)電機(jī)單相接地電阻Rg不超過(guò)6.338 kΩ時(shí)K≥0，此時(shí)發(fā)電機(jī)出口電壓最低的即為故障相。而根據(jù)故障錄波波形可以看出B相電壓為41.6 V，A、C相電壓基本相等，M值趨于無(wú)窮大，因此接地電阻基本為0，可判斷為金屬性接地短路，B相為接地故障相。此時(shí)，由式(10)可以看出，接地位置可由中性點(diǎn)零序電壓直接計(jì)算得出。

由圖3可以看出，中性點(diǎn)零序電壓二次值為22 V。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)接入保護(hù)裝置與故障錄波的中性點(diǎn)零序電壓還經(jīng)過(guò)了120/100的分壓電阻進(jìn)行分壓。機(jī)端電壓與中性點(diǎn)零序電壓相關(guān)系數(shù)為：

故將中性點(diǎn)零序電壓折算到機(jī)端電壓側(cè)：

故接地位置為：

定子繞組每分支匝數(shù)為27，因此自中性點(diǎn)起故障位置所在導(dǎo)體匝數(shù)為：

X=27×30%=8.1

考慮到過(guò)渡電阻影響及計(jì)算誤差，定位故障位置應(yīng)為B相每個(gè)分支自中性點(diǎn)第7～9槽導(dǎo)體處。

根據(jù)故障后實(shí)際檢查結(jié)果，故障點(diǎn)位于第462槽下端部齒壓板轉(zhuǎn)彎處，正是B相第六分支自中性點(diǎn)起第8槽導(dǎo)體，與定位分析結(jié)果吻合。因此上述基于故障錄波數(shù)據(jù)的定子接地故障定位分析是合理有效的。

3 結(jié)論

(1) 對(duì)照定子接地保護(hù)動(dòng)作跳閘定值設(shè)置，根據(jù)定子接地保護(hù)動(dòng)作時(shí)的故障錄波數(shù)據(jù)分析，可以迅速判斷定子接地保護(hù)動(dòng)作是否正確動(dòng)作，并能通過(guò)以上計(jì)算驗(yàn)證接地電阻值大小。

(2) 通過(guò)對(duì)故障錄波數(shù)據(jù)分析計(jì)算，可以對(duì)接地故障相作出準(zhǔn)確判斷，對(duì)接地位置作出近似的定量判斷，對(duì)定子接地故障點(diǎn)的實(shí)際查找提供幫助。

(3) 對(duì)于定子單相金屬性接地(接地電阻值較小時(shí))，接地位置可由中性點(diǎn)零序電壓與發(fā)電機(jī)相電壓的相對(duì)大小快速近似確定。

[1] 畢大強(qiáng)，王祥珩，李德佳，等.發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地故障的定位方法[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2004，28(22)

[2] 王維儉.電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用[M].第2版.北京：中國(guó)電力出版社，2001

[3] 王翔，張成，沈全榮.一次典型的定子接地故障分析與優(yōu)化保護(hù)原理[J].電力系統(tǒng)自動(dòng)化，2006，30(11)

2014-09-12

王思良(1986—)，男，湖北黃岡人，工程師，研究方向：水電廠繼電保護(hù)運(yùn)行維護(hù)管理。