一起PT故障引起的機組跳閘與事故范圍擴大分析

摘 要：近年來隨著發(fā)電機出口PT絕緣老化而引起的事故逐漸增加，直接威脅到機組的穩(wěn)定性，給發(fā)電企業(yè)機組的安全、經濟運行造成很大影響。局限于當時PT生產廠家制造標準較低、工藝及材料相對落后，確實存在較大安全隱患。發(fā)電機出口PT一旦發(fā)生故障，易造成保護動作，本文針對一起PT故障引起的機組跳閘與事故范圍擴大進行詳細分析，以供其他單位參考借鑒。

關鍵詞：發(fā)電機出口PT 保護動作 故范圍擴大

中圖分類號：TM621文獻標識碼：A文章編號：1003-9082（2019）04-0-02

引言

PT又名電壓互感器，它的基本結構和變壓器很相似，具有變換電壓的特性，它也有兩個繞組，一個叫一次繞組，一個叫二次繞組。兩個繞組都裝在或繞在鐵心上。兩個繞組之間以及繞組與鐵心之間都有絕緣，使兩個繞組之間以及繞組與鐵心之間都有電氣隔離。在發(fā)變組系統(tǒng)中電壓互感器一般有多組二次繞組，主要是用來給測量儀表、繼電保護裝置、勵磁系統(tǒng)供電，用來測量系統(tǒng)的電壓、功率和電能，或者用來在系統(tǒng)發(fā)生故障時保護系統(tǒng)中的貴重設備、發(fā)電機和變壓器等，它是繼電保護必不可少的重要組成部分，是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要保障。

發(fā)電機PT的絕緣性能的優(yōu)劣及自身的運行可靠性、穩(wěn)定性如何，都將直接影響到發(fā)電機安全、穩(wěn)定運行。絕緣性能優(yōu)良的發(fā)電機PT可以保證發(fā)變組系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性，而發(fā)電機PT一旦發(fā)生故障，則導致發(fā)電機的事故停機，致使生產工藝流程被強迫突然中斷，造成嚴重的經濟損失。本文針對一起發(fā)電機PT故障引起的機組跳閘進行詳細分析，以供其他單位參考借鑒。

一、機組跳閘經過

某公司4號機負荷500MW，發(fā)變組保護A、B屏發(fā)電機定子接地保護同時動作跳閘，跳發(fā)電機出口斷路器，關閉主汽門，跳滅開關，汽機聯跳、鍋爐滅火。

發(fā)電機出口斷路器跳閘后，主變轉為反送電模式，運行人員按操作票要求，投入機組發(fā)變組保護A屏主變低壓側接地保護功能壓板時，主變低壓側接地保護動作出口，500kV升壓站5042、5041斷路器跳閘，廠用A分支跳閘，啟動A分支快切，廠用B分支跳閘，啟動B分支快切。經過檢查發(fā)現主變低壓側電壓互感器TV04C相有焦糊味，同時C相保險燒損。在進行直流電阻測試時，三相電壓互感器電阻值分別為2.8kΩ、2.8kΩ、2.0kΩ，發(fā)現存在明顯不平衡現象。對電壓互感器做耐壓試驗后，耐壓試驗不合格。

從上述現象及試驗數據判斷為主變低壓側C相電壓互感器故障，造成引起發(fā)電機出口三相電壓不平衡，發(fā)電機中性點接地變副邊電壓達到發(fā)電機定子接地保護動作值時，發(fā)電機跳閘。

二、發(fā)變組系統(tǒng)介紹

某公司4號機為東方電機公司設計制造的620MW汽輪發(fā)電機組。機組采用發(fā)電機變壓器組單元接線，主變壓器低壓側經出口斷路器與發(fā)電機連接。500kV配電裝置采用3/2單元接線。高壓廠用變壓器低壓側設置兩段6kV廠用工作段。發(fā)電機備用電源接至本廠變電站220kV系統(tǒng)，經500kV第四串5042、5043間隔的聯變與500kV系統(tǒng)聯接。發(fā)變組保護A、B屏為南瑞公司生產的RCS-985型微機電量保護裝置，發(fā)變組保護C屏為南瑞公司生產的RCS-974型微機非電量保護裝置。在正常停機或事故解列時，發(fā)電機出口斷路器跳開，廠用電系統(tǒng)不進行切換，與發(fā)電機相連的500kV主變高壓側系統(tǒng)仍然保持合環(huán)運行，廠用6kV系統(tǒng)由主變高壓側反送。發(fā)電機機端與出口斷路器之間有三組PT，分別為TV01、TV02、TV03。發(fā)電機出口斷路器與主變高壓側之間有一組PT為TV04。發(fā)電機中性點經接地變高阻接地，為TV05。其中，TV02、TV03為全絕緣電壓互感器，其一次側中性點與發(fā)電機中性點通過電纜直接連接且不接地，TV01、TV04為分級絕緣電壓互感器，其一次側中性直接接地。TV01變比為：kV;TV02、TV03、TV04變比為：kV;TV05變比為：22/0.22kV。

1.原因分析

1.1保護定值

1.1.1發(fā)電機定子接地保護定值

零序電壓定值：12.7V 零序電壓保護延時：0.5s

定子接地保護對應跳閘出口方式為：跳發(fā)電機出口斷路器、跳滅磁開關、關主汽門。

1.1.2主變低壓側接地保護定值

低壓側零序電壓跳閘定值：10V 低壓側零序電壓延時：3.5s

主變低壓側接地保護對應跳閘出口方式為：跳5041斷路器I線圈、跳5041斷路器II線圈、跳5042斷路器I線圈、跳5042斷路器II線圈、啟動5041斷路器失靈、啟動5042斷路器失靈、跳發(fā)電機出口斷路器、跳滅磁開關、關主汽門、跳廠用A分支、啟動廠用A分支快切、跳廠用B分支、啟動廠用B分支快切

2.發(fā)電機定子接地保護動作原理

發(fā)電機95%定子接地保護動作邏輯：

Un0>U0zd

Uh0<40V

Ut0>U0zd

U0zd=0.95*U0zd*K

K=中性點PT變比/（3*機端零序PT變比）

式中Un0為發(fā)電機中性點零序電壓，Ut0為發(fā)電機機端零序電壓，Uh0為主變高壓側零序電壓，U0zd為零序電壓定值，U0zd為保護裝置實時工況下自動轉換出的閉鎖定值。

根據電壓互感器的及中性點接地變的變比可得：K=中性點PT變比/（3*機端零序PT變比）=100V/127V=0.7874;U0zd=0.95*（U0zd/K）=0.95*12.7V*0.7874=9.50V。

發(fā)電機定子接地保護低值動作必須同時滿足公式（1）、（2）、（3）。

定子接地保護動作時發(fā)電機電壓波形

4號發(fā)電機中性點出現零序電壓波形，幅值為12.71V，達到保護動作定值滿足公式（1）;因主變高壓側零序電壓未接入發(fā)變組保護，所以Uh0=0V<40V，滿足公式（2）;發(fā)電機機端零序電壓為9.85V，大于定子接地保護機端電壓閉鎖開放值9.50V，滿足公式（3）;發(fā)變組A、B屏保護裝置定子接地保護同時正確動作出口，跳發(fā)電機出口斷路器、跳滅磁開關、關主汽門。分析判斷，發(fā)電機定子接地保護為正確動作。

3.發(fā)電機解列后的操作

在檢修人員現場查找故障點的同時，運行人員按照要求復位發(fā)變組保護動作信號，確認發(fā)變組保護無動作信號后，投入發(fā)變組保護A、B屏的主變低壓側接地保護功能壓板。在投入A屏主變低壓側接地保護功能壓板后，A屏主變低壓側零序接地保護動作出口，500kV升壓站5042、5041斷路器跳閘，廠用A分支跳閘，啟動A分支快切，廠用B分支跳閘，啟動B分支快切。

4.造成事故擴大的原因分析

發(fā)電機定子接地保護動作后，發(fā)電機出口斷路器雖然已經斷開，但是主變低壓側的電壓互感器TV04仍帶電運行，TV04的C相一次繞組繼續(xù)對地放電，TV04二次繞組開口三角零序電壓為32.51V，且該零序電壓值已經超過動作定值10V，當投入發(fā)變組保護A屏主變低壓側接地保護功能壓板后，經過3秒延時，主變低壓側接地保護動作。

過去理解發(fā)電機正常并網運行時，主變低壓側發(fā)生接地時可由發(fā)電機定子接地保護起作用，在發(fā)電機解列后，發(fā)電機定子接地保護失去保護主變低壓側接地的功能，可由主變低壓側接地保護起作用，所以要求運行人員在電機解列后再投入主變低壓側接地保護功能壓板。但在TV04的繞組絕緣發(fā)生破壞造成接地故障的極端情況下，若按照規(guī)程機械性的操作，將不可避免的造成事故擴大化。

三、應對措施

1.發(fā)電機PT的絕緣預防性措施

隨著發(fā)電機PT運行時間的增加，以及早年的PT制造工藝及水平的限制，PT繞組的層間絕緣逐漸下降，各項參數可能超出規(guī)定范圍，所以要定期做發(fā)電機PT的性能試驗。

對試驗不合格的發(fā)電機PT進行更換，選取口碑及業(yè)績好的廠家，條件允許時可采用全絕緣電壓互感器。

2.通過發(fā)變組保護電壓采樣，排查PT故障

PT本身的劣化及鐵磁諧振產生過流是造成一次保險劣化熔斷的原因之一。發(fā)電機PT發(fā)生故障時一般會伴隨著PT一次保險的劣化熔斷，而PT一次保險劣化時發(fā)變組保護裝置不一定發(fā)出PT斷線報警，因此需通過發(fā)變組保護電壓采樣，排查PT一次保險及PT本身的劣化程度。

RCS-985保護裝置TV斷線報警動作判據：

（1）正序電壓小于18V，且任一相電流大0.04In;

（2）負序電壓3U2大于8V。

發(fā)電機機端TV滿足以上任一條件延時10S發(fā)相應TV斷線報警信號，異常消失，延時10s后信號自動返回。

在4號機某次巡檢過程中，通過記錄發(fā)變組保護屏中1PT的電壓采樣為Uab=101.2V，Uac=99.8V，Ubc=96.3V。發(fā)變組保護裝置未發(fā)TV斷線報警。

進一步研究分析認為：4號發(fā)電機2PT、3PT、4PT電壓完全對稱，5PT接地變二次電壓為0V，由此可以判斷發(fā)電機一次系統(tǒng)未發(fā)生故障。由于Ucn阻抗特性在故障狀態(tài)下產生變化，Un不直接接地，從而產生了電位漂移，由此判斷1PTC相保險發(fā)生劣化。

3.優(yōu)化操作過程

若一次系統(tǒng)與本次事故機組一次系統(tǒng)相同，主變低壓側接地保護亦采用變低壓側PT。發(fā)電機定子接地保護動作停機后，則在投入發(fā)變組保護主變低壓側接地保護功能壓板前，需要復位保護動作信號，檢查發(fā)變組保護主變零序電壓采樣，確定無故障后再進行下一步操作，避免事故范圍擴大。

結束語

本次發(fā)電機出口PT發(fā)生接地故障是由于發(fā)電機PT絕緣監(jiān)督工作缺位，發(fā)電機PT絕緣擊穿對地放電造成發(fā)電機定子接地保護動作。定子接地保護動作停機后，事故處理過程組織不到位，在未查明故障原因的情況下，根據操作票進行投功能壓板的操作，造成主變低壓側接地保護動作，進一步擴大了停電范圍。通過本次事故的分析與處理，及時發(fā)現并填補了設備管理及運行操作環(huán)節(jié)的漏洞，提升了企業(yè)的安全生產管理水平。

參考文獻

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作者簡介：竺圓（1987-），男，江蘇省揚州市，大學本科，內蒙古大唐國際托克托發(fā)電有限責任公司繼電保護室，助理工程師，技術員。