一起典型發(fā)電機定子接地故障的綜合分析及現(xiàn)場應(yīng)急處置建議

張晶

摘 要：該文從石泉水電廠一起典型發(fā)電機定子接地故障的綜合分析入手，結(jié)合現(xiàn)場實際運行經(jīng)驗，對此類故障的應(yīng)急處置提出改進建議。希望對類似故障的處置有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：定子單相接地 綜合分析 改進建議

中圖分類號：TM32 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）01（c）-0028-02

石泉水力發(fā)電廠于1971年興建，共裝有5臺單機容量4.5萬kW的混流式水輪發(fā)電機組，是陜西第一座中型水力發(fā)電廠，在陜西電網(wǎng)中非汛期主要承擔(dān)調(diào)峰和事故備用；在汛期作為系統(tǒng)基荷，是陜南電網(wǎng)主要的電源支撐點之一。該文從該電廠一起典型發(fā)電機定子單相接地故障的綜合分析入手，結(jié)合現(xiàn)場實際運行經(jīng)驗，對此類故障的應(yīng)急處置提出改進建議。

1 故障經(jīng)過和現(xiàn)場處置情況

2011年11月20日19時14分，1號發(fā)電機運行中返回屏1FB單元突然打出“保護裝置異?！惫庾优?；計算機監(jiān)控顯示“1FB電氣故障，1F定子接地”故障信號；19時16分值班員現(xiàn)地檢查發(fā)現(xiàn)1FB保護盤“3UO” “3 W”定子接地告警信號同時點亮，初步分析定子有接地現(xiàn)象，且故障點應(yīng)在“3UO”和“3 W”保護范圍的重疊區(qū)；19時20分該值班員切換返回屏定子電壓把手測量：3UO電壓為7.99 kV，機組Ubn為1.38 kV，Uan和Ucn均為9.8 kV，再次判斷：定子線圈B相確有接地現(xiàn)象，并且在機組風(fēng)洞口以及機組中性線穿墻套管處聞到淡淡的類似“電焊”的焦糊味，立即匯報值長；值長在申請調(diào)度后于19時25分將該機組停運，隨后會同檢修人員對機組進行全面檢查。

應(yīng)檢修人員要求將1號發(fā)電機轉(zhuǎn)臨修并進行熱態(tài)試驗：檢修人員用2 500 V兆歐表測得定子絕緣電阻A相497 MΩ、B相0 MΩ、C相500 MΩ，故初步判斷定子線棒B相絕緣有金屬性接地；采用電流燒穿法查找到定子線棒+Y方向定子和轉(zhuǎn)子氣隙之間有輕煙冒出，并伴有焦糊味，經(jīng)盤車檢查確定故障位置位于#141定子線棒處；因發(fā)電機30多年長期運行，此處定子鐵芯下壓齒與底部環(huán)板焊點老化開焊，在機組運行中定子鐵芯振動，使下壓齒躥出與轉(zhuǎn)子磁極線圈碰撞形成掃膛，導(dǎo)致#141上層線棒出槽口部位發(fā)生磨損并扭曲變形，并使其側(cè)面主絕緣因單相接地大電流燒灼出坑狀。

2 結(jié)合定子接地保護原理及實際運行經(jīng)驗進行綜合分析

零序電壓型接地保護，是從機端YH開口三角形繞組取得零序電壓，接入保護用的過電壓繼電器。機組正常運行時無零序電壓，繼電器不動作。但實際上，發(fā)電機正常運行時，其相電壓中存在三次諧波電壓；另外，在變壓器高壓側(cè)發(fā)生接地短路時，由于變壓器高低壓繞組之間存在電容，也會產(chǎn)生零序電壓。為了保證保護動作的選擇性，應(yīng)躲開上述三次諧波電壓與零序電壓，并采取措施降低動作電壓，包括裝設(shè)三次諧波電壓濾過器、利用變壓器高壓側(cè)的零序電壓將接地閉鎖等方法來實現(xiàn)。該廠1#發(fā)電機保護為機變一體化配置，發(fā)生接地故障時零序電壓經(jīng)三次諧波濾過器濾波后，作為啟動量輸入定子接地繼電器KE中，為防止變壓器高壓側(cè)接地時對低壓側(cè)的影響，將110 kV側(cè)零序電壓作為制動量輸入KE中，使保護動作電壓值降低至10 V左右，實現(xiàn)了對發(fā)電機定子繞組90%范圍以上接地保護。由于故障點離中性點的距離與零序電壓的大小成正比，當(dāng)中性點附近發(fā)生接地故障時，零序電壓急劇降低，保護不會啟動，此時引入三次諧波保護消除了定子繞組中性點附近10%的死區(qū)，構(gòu)成了發(fā)電機定子接地100%保護范圍。

以上簡要分析了該廠現(xiàn)行配置的發(fā)電機定子接地保護，事實證明該次故障點正好位于定子繞組靠近中性點附近即3UO和3 W保護的結(jié)合部，保護動作正確、靈敏、可靠。下面結(jié)合實際運行經(jīng)驗，對故障發(fā)生時的具體判斷方法和現(xiàn)場處置步驟進行探討和分析。

3 迅速判斷定子接地故障的性質(zhì)及真假

（1）當(dāng)定子金屬性接地時，通過切換定子電壓表可測得接地相對地電壓為零，非接地相對地相電壓為線電壓；而非金屬性接地時，或一點接地發(fā)生在定子繞組的內(nèi)部或中性點附近或發(fā)變組主變壓器低壓繞組內(nèi)時，切換定子電壓表測得接地相對地電壓大于零而小于相電壓，非接地相對地電壓大于相電壓而小于線電壓。

（2）需特別注意：當(dāng)發(fā)電機機端YH高壓側(cè)一相或兩相熔斷器熔斷時，其二次側(cè)開口三角繞組端電壓也要升高。如U相熔斷器熔斷，發(fā)電機各相對地電壓未發(fā)生變化，仍為相電壓，但電壓互感器的二次側(cè)電壓測量值因U相熔斷發(fā)生了變化，即UuvUwu降低，而Uvw仍為線電壓（造成線電壓不平衡），各相對地電壓UvOUwO接近相電壓，UuO明顯降低（相對地?zé)o電壓升高），機變保護裝置顯示3UO電壓為100 V，發(fā)“定子接地”信號（假接地）。

因此，真假接地的根本區(qū)別是：真接地時，定子電壓表指示接地相對地電壓降低（或等于零），非接地相對地電壓升高（大于相電壓但不超過線電壓），而線電壓仍平衡。 而假接地時，相對地電壓不會升高，線電壓也不平衡。

4 縮小故障范圍，減少查找時間

發(fā)電機機端至定子繞組中性點之間構(gòu)成定子單相接地100%保護范圍。發(fā)電機正常運行時，3UO電壓顯示為零（開口三角形接線的三相繞組相電壓相量和為零）。故障發(fā)生時，切換返回屏定子電壓表查看3UO顯示的是機端YH高壓側(cè)即一次側(cè)實時測量值，如顯示7.99 kV，則表示7.99 kV/10 kV，即故障點大概在發(fā)電機機端往發(fā)電機定子繞組中性點方向的80%處。另外，故障發(fā)生時，機組保護裝置及故障錄波器記錄的零序電壓動作值為機端YH二次換算值即開口三角形連接的二次繞組連接的三相繞組相電壓UO為100/3 V，故3UO顯示應(yīng)為100 V，也可以作為判斷依據(jù)。通常由保護班整定：保護動作出口最大零序電壓3UO整定值為100 V（金屬性接地），最小值為10 V。即3UO達到10 V時就會動作發(fā)信，故10 V以上可初步判斷為發(fā)電機機端往定子繞組中性點方向90%范圍之間接地；若小于10 V則為發(fā)電機中性點往定子繞組機端方向10%范圍之間接地，由于此范圍內(nèi)3 UO迅速降低，而三次諧波明顯增大，故采集3 W作為動作量來消除死區(qū)；另外在設(shè)置保護范圍時3 UO、3 W結(jié)合部有重疊區(qū)，若接地故障點在此處，則3 UO、3 W會同時動作。

5 故障發(fā)生時現(xiàn)場應(yīng)急處置改進建議

當(dāng)故障電流大于5 A時，且對地電容電流形成的電弧大小及作用時間足夠時，必然會造成發(fā)電機定子鐵心嚴重灼傷，磁場分布不均，定子形變和震動加劇，最后發(fā)生兩點接地相間短路損壞發(fā)電機，造成無法修復(fù)機組報廢的嚴重后果，綜合經(jīng)濟損失將無法估量。

因此，故障發(fā)生后30 min內(nèi)的正確應(yīng)急處置是遏制事態(tài)發(fā)展的關(guān)鍵，為此建議故障發(fā)生時應(yīng)爭分奪秒采取更為簡單直接、合理安全以及模式化的方式來處置此類故障，具體建議如下。（1）立即降低機組出力及電壓。（2）區(qū)分3UO、3W保護動作情況，并通過切換定子電壓表測量三相電壓不平衡程度以及3UO大小來判斷接地性質(zhì)，縮小故障范圍。若確為金屬性接地，或故障點在發(fā)電機內(nèi)或風(fēng)洞口有焦味和煙氣時應(yīng)立即停機。（3）若為非金屬性接地時，運行人員應(yīng)迅速查找故障點，可采用分路試拉法：先旁支后主線，先次要后主要，還應(yīng)全面考慮負荷分配及安全后果，且不得用隔離刀閘切除接地點（原則上應(yīng)積極申請調(diào)度倒換備用機組并盡快停運故障機組。（4）查找接地點時，應(yīng)穿絕緣靴，不得碰觸設(shè)備外殼，并使用保安工具。（5）在查找故障前，應(yīng)首先排除機端YH故障（防止因機端YH高壓側(cè)一相或兩相熔斷器熔斷時造成的假接地）。

6 結(jié)語

經(jīng)多次事故演練及現(xiàn)場實踐，采用上述改進建議，不但能迅速判明故障性質(zhì)，縮小故障范圍，顯著減少應(yīng)急處置時間，還能有效防止人為原因造成的事故擴大、定子燒損以及機組意外“非?！?，為該廠機組和陜南電網(wǎng)的長期安全穩(wěn)定運行提供了有力保障。

參考文獻

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