電廠電氣設(shè)備故障處理技術(shù)分析

楊舒婷 汪洋

摘 要：本文介紹了發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動(dòng)作的原理，并分析定子接地保護(hù)動(dòng)作的原因所在，給出了保護(hù)和定位方法的具體措施，使發(fā)電機(jī)定子接地故障能得到成功處理。

【關(guān)鍵詞】電廠電氣設(shè)備 故障處理 發(fā)電機(jī)定子接地

發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動(dòng)作分為兩種：一種是直接動(dòng)作于跳閘停機(jī)；而另一種則是通過信號的作用，在故障機(jī)進(jìn)行負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)移之后，再進(jìn)行停機(jī)。由于發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)相對較為復(fù)雜，所以首先要對定子接地保護(hù)動(dòng)作的原理進(jìn)行分析和論述。

1 定子接地保護(hù)動(dòng)作的原理

1.1 汽輪發(fā)電機(jī)接地保護(hù)動(dòng)作

一般來講，汽輪發(fā)電機(jī)接地保護(hù)動(dòng)作主要是通過三次諧波電壓以及基波零序電壓元件組成的。而在兩者中，三次諧波電壓原件的主要原理是在發(fā)電機(jī)還在正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，定子感應(yīng)便會發(fā)生作用當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，三次諧波電壓的變化呈現(xiàn)不同特性，保護(hù)區(qū)域?yàn)橹行渣c(diǎn)部位到機(jī)端部位的25%區(qū)間，剛好可以消除零序電壓保護(hù)的死區(qū)。三次諧波電壓感應(yīng)范圍相對敏感而準(zhǔn)確，實(shí)現(xiàn)全繞組接地保護(hù)，保護(hù)的范圍達(dá)到100%，有效提高定子接地保護(hù)動(dòng)作的可靠性，實(shí)質(zhì)性地減少接地保護(hù)的動(dòng)作量，在汽輪發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)工作中發(fā)揮重要的作用。還有，三次諧波電壓差動(dòng)保護(hù)也可以根據(jù)用戶需求，應(yīng)用于跳閘保護(hù)工作。

而與三次諧波電壓差動(dòng)保護(hù)相比，基波零序電壓元件保護(hù)的保護(hù)范圍可以達(dá)到百分之九十五，其保護(hù)動(dòng)作判據(jù)為Uo， op≥Uo， set。基波零序電壓元件保護(hù)的保護(hù)動(dòng)值可以分為低、延時(shí)以及高值三種。在數(shù)據(jù)結(jié)果不同時(shí)，會產(chǎn)生跳閘或者是動(dòng)作與信號等不同的保護(hù)模式。

1.2 水輪發(fā)電機(jī)接地保護(hù)動(dòng)作

水輪發(fā)電機(jī)定子單相接地時(shí)，由于中性點(diǎn)的接地形式與電流對定子產(chǎn)生的損害是密切的聯(lián)系在一起的。所以必須要注意：

（1）接地的故障會對定子產(chǎn)生一定的破壞；

（2）在接地的電流造成故障的蔓延之時(shí)，其不論是持續(xù)的時(shí)間、還是持續(xù)的程度都與定子的損害程度呈正相關(guān)。在情況嚴(yán)重時(shí)，還會進(jìn)一步發(fā)展成嚴(yán)重的短路故障。

實(shí)際經(jīng)驗(yàn)證明，通過消弧線圈的電流對電容具有補(bǔ)償?shù)淖饔?，合理利用補(bǔ)償度，當(dāng)實(shí)際電流在經(jīng)過接地點(diǎn)在10A以下時(shí)，便能夠避免間歇性以及永久性電弧的產(chǎn)生和出現(xiàn)，進(jìn)而避免在定子接地出現(xiàn)故障時(shí)，造成相關(guān)設(shè)備的破壞的情況出現(xiàn)。

中性點(diǎn)接地模式比較簡單，經(jīng)大電阻直接接地，電流通過該電阻構(gòu)成回路，短路電流大于中性點(diǎn)不接地時(shí)的電容電流，迅速跳閘起到保護(hù)作用。大型水輪發(fā)電機(jī)在中性點(diǎn)的絕緣程度降低在一定的范圍之內(nèi)時(shí)，保護(hù)動(dòng)作便會發(fā)生。但是，保護(hù)動(dòng)作的敏感度還會受到大電阻接地的影響。

三相接地電容量大，從而單相接地電流量更大。利用對電容電流進(jìn)行限制，不僅可以直接進(jìn)行跳閘停機(jī)的動(dòng)作，而且還可以較為有效的限制短路電流，進(jìn)而使得保護(hù)在負(fù)荷轉(zhuǎn)移之后再進(jìn)行停機(jī)。但值得注意的是，由于發(fā)電機(jī)以及其相關(guān)的原件電容分布比較復(fù)雜，所以這會造成計(jì)算的工作非常困難，進(jìn)而造成消弧電抗選取困難。

大型的水輪發(fā)電機(jī)由于其定子絕緣的強(qiáng)度相對比較高，所以它的主要威脅還在于短路電流上。如果短路電流過大，對于大型水輪發(fā)電機(jī)造成的破壞也是比較嚴(yán)重的。利用消弧線圈能夠?qū)Χ搪冯娏鬟M(jìn)行限制。當(dāng)發(fā)電機(jī)的單相接地出現(xiàn)故障時(shí)，其可以繼續(xù)的進(jìn)行工作，而不立即出現(xiàn)跳閘的情況。不過消弧線圈的使用由于其限制因素，實(shí)際應(yīng)用時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎使用。

2 定子接地保護(hù)動(dòng)作的原因分析

2.1 故障分析

不管發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)是否通過消弧線圈接地，只要發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)繞組百分比達(dá)到一定數(shù)值，就會導(dǎo)致定子繞組單相接地的故障。由基波零序電壓元件和三次諧波電壓元件組成的定子接地保護(hù)，在發(fā)生接地故障時(shí)，三次諧波保護(hù)敏感度較高，動(dòng)作于接地發(fā)出預(yù)警信號。設(shè)定整定值時(shí)，運(yùn)用系數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)試，保護(hù)動(dòng)作定義為0. 9。發(fā)電機(jī)投入運(yùn)營后，三次諧波的比值基本在0. 55-0. 76之間。當(dāng)發(fā)生預(yù)警信號后，保護(hù)裝置動(dòng)作發(fā)揮其作用，排除保護(hù)裝置出現(xiàn)誤啟動(dòng)問題。

2.2 故障查找

在進(jìn)行故障查找的過程中，工作人員在斷開接地的閘刀之后，還要確保定子接地三次諧波保護(hù)壓板是否退出，緊接著在做好相關(guān)的隔離措施之后，在發(fā)起電機(jī)相關(guān)部分的檢查。而在進(jìn)行檢查的過程中，首先要進(jìn)行接地變壓器外觀檢查，看看其是否存在異常；其次還要檢查接地變壓器與接地電子聯(lián)接部位的固定接頭，看其是否存在接頭不穩(wěn)以及生銹的現(xiàn)象。最后在確認(rèn)各個(gè)部位的具體情況之后，故障檢查方可完成。

2.3 故障的精確定位

發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)不處于接地狀態(tài)時(shí)，接地電流滯后，零序電壓為Uo900。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)通過消弧線圈接地，通常情況下使用欠補(bǔ)償方式，所以接地電流也滯后于零序電壓Uo900。

當(dāng)導(dǎo)體反向串聯(lián)構(gòu)成線圈，繞組從中性點(diǎn)在不同匝數(shù)位置，出現(xiàn)了接地故障。故障發(fā)生之后，根據(jù)函數(shù)公式，參照標(biāo)準(zhǔn)查找對應(yīng)的故障匝數(shù)。

大型發(fā)電機(jī)基本采用多分支繞組，各分支雖然合成電動(dòng)勢是一樣的，但各分支的線圈不一樣，每個(gè)分支對應(yīng)的表格數(shù)據(jù)也并不一樣。所以得出，每一個(gè)故障點(diǎn)位置對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型是唯一的，根據(jù)查表就可以確定故障分支所在。

在實(shí)際查找故障工作中，工作人員并不清楚故障所在哪個(gè)相，因此接地保護(hù)必須先識別故障相所在。發(fā)電機(jī)定子單相接地故障發(fā)生時(shí)，故障相的機(jī)端電壓數(shù)值最低，由此通過比較三相對地的電壓大小判斷故障相。

綜上所述，可以通過確定故障相、故障分支和故障匝數(shù)的方法精確定位故障，使故障定位的效果達(dá)到最佳。

3 定子接地保護(hù)動(dòng)作的總結(jié)

通過介紹電廠發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)及精確定位的方法，給出具體實(shí)施方案，并進(jìn)行有效分析驗(yàn)證，得出以下結(jié)論：

（1）保護(hù)方法準(zhǔn)確計(jì)算出故障位置接地電流，真實(shí)反映故障程度，并依此分析決策，保障發(fā)電機(jī)的安全同時(shí)，又保障不必要的跳閘，使發(fā)電機(jī)組發(fā)揮足夠的效益。

（2）定位方法考慮了發(fā)電機(jī)多分支定子繞組的結(jié)構(gòu)，識別故障源頭，得到故障點(diǎn)準(zhǔn)確位置，給故障的排查帶來很大方便。

（3）定子接地保護(hù)動(dòng)作適用于發(fā)電機(jī)各種中性點(diǎn)接地方式，不受電阻影響，適應(yīng)能力強(qiáng)。

（4）方法簡單易行，對計(jì)算能力沒有特別要求，在目前使用外加電源式保護(hù)裝置的基礎(chǔ)上，就可以實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用面廣泛。

4 結(jié)束語

開展對發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動(dòng)作的研究，認(rèn)識到了電廠發(fā)電機(jī)單相接地早先的自身故障，建立對發(fā)電機(jī)的科學(xué)保護(hù)意識。更是防范于未然，將準(zhǔn)確的故障分析和合理的保護(hù)措施相結(jié)合，消除異常，穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介

楊舒婷（1989-），女，福建省三明市人。大學(xué)本科學(xué)歷?，F(xiàn)為福建福清核電有限公司助理工程師。主要研究方向?yàn)殡姎狻?/p>

作者單位

福建福清核電有限公司 福建省福清市 350300