勵(lì)磁變低壓側(cè)單相接地引起的轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動(dòng)作分析及故障排查

(1.雅礱江流域水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川 成都 610000；2.四川管理職業(yè)學(xué)院，四川 成都 610000)

轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)，根據(jù)原理的不同目前可分為非注入式保護(hù)和注入式保護(hù)兩種。非注入式保護(hù)(包括電橋式和乒乓式)原理簡(jiǎn)單、造價(jià)低且可靠, 但這種原理的保護(hù)是建立在有一定勵(lì)磁電壓的基礎(chǔ)上的, 否則計(jì)算出來(lái)的電阻不準(zhǔn)確，即在發(fā)電機(jī)的啟停機(jī)過(guò)程當(dāng)中, 轉(zhuǎn)子接地保護(hù)將失去作用。注入式保護(hù)需要外加輔助電源, 它分為疊加直流電壓式、疊加交流電壓式以及疊加方波電壓式，這種保護(hù)不論發(fā)電機(jī)在靜止?fàn)顟B(tài)還是在運(yùn)行狀態(tài), 都能正常發(fā)揮保護(hù)的作用。大型發(fā)電機(jī)一般宜采用疊加方波電壓式原理的注入式保護(hù)。

1 工程概況

錦屏二級(jí)水電站位于四川省涼山州鹽源縣和木里縣交界處，安裝8臺(tái)單機(jī)容量600MW混流式水輪發(fā)電機(jī)組，年平均發(fā)電量為242.3億kW·h。電站主接線采用兩臺(tái)發(fā)電機(jī)對(duì)應(yīng)一臺(tái)變壓器的擴(kuò)大單元接線，發(fā)電機(jī)與主變之間有斷路器，機(jī)組均采用自并勵(lì)勵(lì)磁方式。每臺(tái)發(fā)電機(jī)配置2套轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置，分別為南瑞繼保985RS注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置、南瑞繼保985RE乒乓式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置，通過(guò)切換把手控制投入其中一套保護(hù)，正常情況下均投入注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)。

2 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作情況

2016年3月20日，1號(hào)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，監(jiān)控系統(tǒng)多次發(fā)注入式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)報(bào)警信號(hào)，最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間為17s，最短持續(xù)時(shí)間為3s，總共報(bào)警9次，時(shí)間從17時(shí)22秒—17時(shí)5分5秒?，F(xiàn)場(chǎng)人員將把手切換至乒乓式后，乒乓式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)于當(dāng)日17時(shí)5分29秒出口跳閘，跳閘后，將把手切換至注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置，其顯示電阻值為300kΩ,α為50%，接地電阻恢復(fù)正常。保護(hù)裝置動(dòng)作報(bào)文見(jiàn)表1。

表1 1號(hào)機(jī)組乒乓式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動(dòng)作報(bào)文顯示

3 跳閘數(shù)據(jù)分析及故障排查

繼保人員現(xiàn)場(chǎng)檢查轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置及回路無(wú)異常，電氣人員搖測(cè)轉(zhuǎn)子絕緣電阻正常，對(duì)轉(zhuǎn)子繞組及其至保護(hù)之間的電纜、碳刷、集電環(huán)、整流回路進(jìn)行全面檢查，發(fā)現(xiàn)大軸接地碳刷與大軸接觸面部分涂有油漆且大軸上有一處明顯坑洼，盤(pán)車(chē)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)大軸接地電阻最大為3MΩ左右。

電氣人員處理好大軸油漆并調(diào)整大軸接地碳刷位置后，次日在1號(hào)機(jī)組開(kāi)機(jī)至空轉(zhuǎn)態(tài)進(jìn)行檢查，此時(shí)，注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)測(cè)得電阻值為300kΩ，并未發(fā)現(xiàn)任何異常，但是1號(hào)機(jī)組開(kāi)至空載態(tài)后注入式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動(dòng)作。

查看保護(hù)第一次動(dòng)作后故障錄波裝置波形數(shù)據(jù)，勵(lì)磁變高低壓側(cè)電流及勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流在保護(hù)動(dòng)作前后都幾乎無(wú)變化。另查看乒乓式轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)的波形，可知保護(hù)動(dòng)作時(shí)勵(lì)磁電壓正(UR+)對(duì)地為120.8V，勵(lì)磁電壓負(fù)(UR-)對(duì)地為-48V，轉(zhuǎn)子絕緣電阻(Rg)為2160Ω，接地位置(α)為38.48%。對(duì)勵(lì)磁電壓正(UR+)和勵(lì)磁電壓負(fù)(UR-)進(jìn)行諧波分析發(fā)現(xiàn)，UR+的基波分量所占比例為94.5%，UR-的基波分量所占比例為103.4%(見(jiàn)圖1～圖3)。

圖1 第一次保護(hù)動(dòng)作后的保護(hù)裝置內(nèi)波形分析

圖2 第一次保護(hù)動(dòng)作后的保護(hù)裝置內(nèi)勵(lì)磁電壓正(UR+)諧波分析

圖3 第一次保護(hù)動(dòng)作后的保護(hù)裝置內(nèi)勵(lì)磁電壓負(fù)(UR-)諧波分析注：由于直流分量為負(fù)值，超出軟件計(jì)算范圍，故含有率不顯示。

根據(jù)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)保護(hù)范圍：轉(zhuǎn)子繞組及其與勵(lì)磁裝置可控硅之間的電纜，轉(zhuǎn)子繞組至保護(hù)之間的電纜、碳刷、集電環(huán)、整流回路，機(jī)組處于空載態(tài)后，整流模塊可控硅導(dǎo)通，轉(zhuǎn)子接地保護(hù)的保護(hù)范圍延伸到了勵(lì)磁變低壓側(cè)。結(jié)合故障數(shù)據(jù)勵(lì)磁變差動(dòng)未動(dòng)，勵(lì)磁變兩側(cè)電流幾乎無(wú)變化，勵(lì)磁電壓正(UR+)和勵(lì)磁電壓負(fù)(UR-)基波含量大，接地位置(α)為38.48%(接近50%)，且機(jī)組在停機(jī)態(tài)轉(zhuǎn)子絕緣正常，空載態(tài)后保護(hù)動(dòng)作跳閘的情況，綜合判斷故障類(lèi)型為勵(lì)磁變低壓側(cè)單相接地故障。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，勵(lì)磁變低壓側(cè)B相有細(xì)鐵絲掉落，因該鐵絲從柜頂逐漸掉落導(dǎo)致勵(lì)磁變低壓側(cè)B相一點(diǎn)接地。根據(jù)圖4，當(dāng)晶閘管VT3導(dǎo)通時(shí)，相當(dāng)于勵(lì)磁繞組正端接地；當(dāng)晶閘管VT4導(dǎo)通時(shí)，相當(dāng)于勵(lì)磁繞組負(fù)端接地，在1 個(gè)工頻周期內(nèi)，勵(lì)磁繞組的正端和負(fù)端各有1/3的時(shí)間接地，故轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置動(dòng)作。

4 結(jié) 語(yǔ)

勵(lì)磁變通常采用Y/D11接線，低壓側(cè)為不接地系統(tǒng)，因此，低壓側(cè)出現(xiàn)單相接地時(shí)不會(huì)引起故障電流的增加(僅為電容電流)，勵(lì)磁變差動(dòng)保護(hù)及速斷過(guò)流保護(hù)均不會(huì)動(dòng)作，同時(shí)，變壓器的繞組連接方式對(duì)高、低壓側(cè)的單相接地故障起隔離作用，發(fā)電機(jī)的定子接地保護(hù)也無(wú)法為低壓側(cè)接地故障提供有效的保護(hù)；受安裝空間和工程造價(jià)的限制，勵(lì)磁變的低壓側(cè)沒(méi)有裝設(shè)專門(mén)的絕緣檢測(cè)裝置，從而形成了勵(lì)磁變保護(hù)配置方案事實(shí)上的“死區(qū)”。

此次案例說(shuō)明轉(zhuǎn)子接地保護(hù)可以在機(jī)組空載及負(fù)荷狀態(tài)下檢測(cè)出勵(lì)磁變低壓側(cè)單相接地故障。當(dāng)勵(lì)磁變低壓側(cè)單相接地時(shí)，勵(lì)磁繞組在一個(gè)周期內(nèi)將交替出現(xiàn)“負(fù)極接地”→“正?！薄罢龢O接地”→“正?！钡难h(huán)狀態(tài)， 因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動(dòng)作且接地位置為50%時(shí)，勵(lì)磁變低壓側(cè)單相接地故障也應(yīng)是排查轉(zhuǎn)子接地故障點(diǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。