1 000 MW機組定子接地事故分析與處理

鄭華杰，張國民，王 煥（.臺州臨港熱電有限公司，浙江 臺州 3706；.浙江華業(yè)電力工程股份有限公司，浙江 寧波 35800）

1 000 MW機組定子接地事故分析與處理

鄭華杰1，張國民2，王 煥2
（1.臺州臨港熱電有限公司，浙江 臺州 317016；2.浙江華業(yè)電力工程股份有限公司，浙江 寧波 315800）

介紹了大型發(fā)電機組定子接地保護的要求和保護方式，結(jié)合某廠3號發(fā)電機定子接地保護動作情況及故障錄波數(shù)據(jù)等，對發(fā)電機定子接地故障原因進行了分析，并提出了防范措施，以確保發(fā)電機安全可靠運行。

定子接地；保護原理；基波零序電壓；出線套管

0 引言

定子繞組單相接地是發(fā)電機最常見的故障之一，會導致非接地相對地電壓升高，危及對地絕緣。如果非接地相絕緣較弱，則可能造成非接地相也發(fā)生接地故障，從而發(fā)展成相間接地短路。另外，流過接地點的電流具有電弧性質(zhì)，會燒傷定子鐵芯。大型發(fā)電機在電力系統(tǒng)中占有重要地位，而且結(jié)構(gòu)復雜，損壞后修復困難，因此大型發(fā)電機安裝定子接地保護裝置顯得尤為重要。我國《繼電保護及安全自動裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（GB/T14258—2006）規(guī)定，容量為100 MW及以上的發(fā)電機應(yīng)裝設(shè)100 %定子接地保護裝置。

發(fā)電機定子繞組絕緣損壞及鐵心燒傷程度與接地電流大小及持續(xù)時間有關(guān)。接地電容電流允許值參考GB/T14258—2006，具體如表1所示。發(fā)電機中性點經(jīng)配電變壓器高阻接地時，流經(jīng)故障點的接地電流為發(fā)電機的接地電容電流與流經(jīng)該接地電阻的有功電流的向量和。因此，當發(fā)電機的對地電容很大，接地故障電流大于允許值時，單相接地保護應(yīng)帶時限動作于跳閘。

表1 汽輪發(fā)電機定子繞組單相接地故障電流允許值

1 故障現(xiàn)象

某電廠3號發(fā)電機型號為THDF125/67，額定功率1 000 MW，定子電壓為27 kV，定子對地電容為0.284 μF，發(fā)電機定子線圈星形接線，其中性點通過1臺二次側(cè)接有小電阻的單相配電變壓器接地。2013-07-01T20：00左右，3號發(fā)電機在運行中跳閘，且“95 %定子接地保護”動作，動作前后錄波器錄到的相關(guān)量的波形如圖1所示。

圖1 發(fā)電機相關(guān)量波形

3號機組故障錄波器數(shù)據(jù)顯示：保護動作跳閘前發(fā)電機A相電壓Ua最低至1.9 V，Ub，Uc相電壓分別升高至98.8 V，99.8 V，機端3U0基波零序電壓升高至95.3 V。以上電壓均為二次有效值。

2 100 %定子接地保護原理

3號發(fā)電機保護配置美國GE公司的G60發(fā)電機保護裝置。經(jīng)檢查，3號機保護裝置面板有“95 %定子接地保護動作”報文，延時2 s跳機。

對于100 MW及以上的發(fā)電機，按規(guī)定應(yīng)裝設(shè)無動作死區(qū)（100 %動作區(qū)）的單相接地保護，應(yīng)用最多的保護方案是由基波零序過電壓保護與三次諧波電壓保護共同組成的100 %單相接地保護。

2.1 基波零序電壓保護原理

發(fā)電機定子繞組單相接地時，定子回路出現(xiàn)零序電壓，且零序電壓的大小與接地點位置α有關(guān)。設(shè)A相繞組發(fā)生接地的故障點D至中性點的繞組占一相繞組匝數(shù)的百分數(shù)為α，則機端各相對地電壓分別為：

機端零序電壓為：

發(fā)電機定子單相接地基波零序電壓可取自機端PT次級開口三角（3U0），也可取自中性點接地專用變壓器次級（U0），本機零序電壓保護采用機端3U0。當采集到的3U0大于整定值時，保護動作經(jīng)一定延時跳開機組。

2.2 機端與中性點三次諧波電壓比保護原理

機端與中性點三次諧波電壓U動作判據(jù)為：

當|UN3|/|Up3+UN3|＜啟動值，|UN3|/ |Up3+UN3|＞（1-啟動值），|Up3+UN3|＞監(jiān)視值同時滿足時，保護動作延時發(fā)報警信號，保護范圍為中性點至機端15 %區(qū)域。

式中：

UN3——中性點側(cè)通過接地變壓器PT測得的三次諧波電壓相量值；

Up3——發(fā)電機機端PT測得的零序電壓的三次諧波電壓相量值；

簇頭在發(fā)送同步數(shù)據(jù)時刻獲取當前的時間戳T01，存到同步命令包中并進行廣播，這樣可以有效地規(guī)避數(shù)據(jù)通信過程中的發(fā)送時延和訪問時延。傳感器節(jié)點在收到同步命令包時候，記錄自身的計數(shù)器T11。簇頭在下一次廣播同步命令包時，簇頭和節(jié)點會分別記錄發(fā)送時間T02和接收時間T12。

啟動值——三次諧波電壓比啟動整定值；

監(jiān)視值——三次諧波電壓監(jiān)視整定值。

2.3 100 %定子接地保護原理

基波零序電壓保護反映機端至中性點95 %范圍的定子繞組單相接地故障，由基波零序電壓構(gòu)成，經(jīng)時限t1動作于解列滅磁；三次諧波電壓保護反映中性點至機端15 %區(qū)域的定子繞組單相接地故障，按發(fā)電機機端與中性點三次諧波電壓比原理構(gòu)成，經(jīng)時限t2動作于信號。二者組成100 %的定子接地保護。

3 故障檢查與處理

3.1 故障性質(zhì)判定

3.2 一次設(shè)備檢查與處理

3號發(fā)電機轉(zhuǎn)檢修后，進行各部位對地絕緣的測定。拉開發(fā)電機出口PT，用搖表測量發(fā)電機出口PT及避雷器絕緣為10 GΩ，用發(fā)電機水內(nèi)冷搖表測發(fā)電機絕緣為0。拆除發(fā)電機A相出口及中性點軟連接，測發(fā)電機出口斷路器至發(fā)電機側(cè)的封閉母線絕緣為14 GΩ，發(fā)電機A相絕緣為0，發(fā)電機B，C 2相絕緣為570 MΩ。初步判斷為3號發(fā)電機A相繞組或套管接地。

2013-07-02T16：00，3號發(fā)電機氫氣置換完畢后，拆除發(fā)電機A相出線套管至發(fā)電機引線之間的軟連接，分別測量絕緣：發(fā)電機A相引線絕緣為500 MΩ，而發(fā)電機A相出線套管絕緣為0。因此，確定為發(fā)電機A相出線套管接地，立即安排更換A相出線套管。

2013-07-03T12：00，發(fā)電機A相出線套管更換完畢。進行發(fā)電機修后試驗項目：發(fā)電機定子繞組直流電阻、絕緣電阻、吸收比，定子泄漏電流和直流耐壓試驗；A相出線套管至發(fā)電機引線之間接觸面壓降測試，發(fā)電機膛內(nèi)充空氣查漏。至2013-07-04T08：00前，發(fā)電機各項試驗已完成，試驗結(jié)果均合格。全部工作結(jié)束后啟機，16：00機組并網(wǎng)運行。

3.3 套管故障分析

該出線套管額定電壓27 kV，額定電流25 kA，冷卻方式為氫冷，投入運行2年。解體檢查發(fā)現(xiàn)，A相套管法蘭面內(nèi)的絕緣材料上有一擊穿孔洞。分析認為，該套管的絕緣材料中含有雜質(zhì)，絕緣薄弱點在正常運行電壓或可能發(fā)生的過電壓作用下，絕緣性能下降，導致?lián)舸┙拥?。因此，發(fā)電機相關(guān)電氣元器件的采購、保養(yǎng)、預防性試驗等工作環(huán)節(jié)必須把好質(zhì)量關(guān)，以防止類似事故的發(fā)生。

4 結(jié)束語

大型同步發(fā)電機是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，它的安全運行對保證電力系統(tǒng)的正常工作和電能質(zhì)量起著決定性的作用。繼電保護能快速、準確發(fā)現(xiàn)發(fā)電機的異?，F(xiàn)象和故障情況。發(fā)電機保護動作后，根據(jù)現(xiàn)場保護的報警信息、故障錄波裝置的波形記錄，分析故障原因，判斷故障點位置，有助于故障的快速處理。同時，必須加強對發(fā)電機定子出線套管的檢查和預防性試驗，及時發(fā)現(xiàn)絕緣隱患，確保發(fā)電機安全可靠運行。

1 羅鈺玲.電力系統(tǒng)微機繼電保護［M］.北京：人民郵電出版社，2005.

2 沈明德.G60發(fā)電機保護配置探討［J］.廣東電力.2008，21（3）：41-43.

3 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T14285—2006繼電保護和安全自動裝置設(shè)計技術(shù)規(guī)程［S］.2006.

2015-04-07；

2015-08-03。

鄭華杰（1977-），男，工程師，主要從事火電廠電氣設(shè)備技術(shù)管理工作，email：ok.zhj@163.com。

張國民（1985-），男，工程師，主要從事電廠電氣專業(yè)工作。

王 煥（1990-），男，助理工程師，主要從事電廠電氣設(shè)備維護和檢修工作。