一起發(fā)電機定子接地保護動作原因分析及整改

戚彥玉，蘆玉柱，馬 偉

（酒鋼集團公司能源中心，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

引言

某發(fā)電廠300 MW 發(fā)電機型號為QFSN-300-2型三相隱極式同步發(fā)電機。該發(fā)電機出口裝設三組電壓互感器(簡稱TV)，主要是為發(fā)電機變壓器保護、自動裝置、勵磁控制回路提供發(fā)電機電壓信號。

2017年4月該發(fā)電廠正常運行時發(fā)生發(fā)電機定子接地保護動作，造成機組跳閘事件。檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機出口1TV C 相電壓互感器本體有裂紋，進行預防性試驗判斷互感器內(nèi)部匝間短路。由于發(fā)電機出口電壓互感器故障現(xiàn)象與定子繞組的接地故障現(xiàn)象相類似，故障引起發(fā)電機中性點及機端的電壓偏移，當達到發(fā)電機定子接地保護動作值時，導致發(fā)電機定子接地保護動作跳閘。

2 保護邏輯及動作分析

2.1 保護原理

該電廠發(fā)電機定子接地保護以零序基波電壓和三次諧波電壓作為判定條件，并帶延時動作于全停?；诨阈螂妷涸淼亩ㄗ咏拥乇Ｗo以零序基波電壓為判定條件，在保護區(qū)內(nèi)有較高的靈敏度，但在接近中性點處存在死區(qū)；基于零序三次諧波電壓原理的定子接地保護以三次諧波電壓作為判定條件，能消除零序基波電壓原理定子繞組接地保護在中性點附近的保護死區(qū)，兩種保護相結(jié)合能實現(xiàn)發(fā)電機100%定子接地保護。發(fā)電機定子繞組和電壓回路的絕緣應由位于發(fā)電機引出線的零序電壓表來監(jiān)視和監(jiān)測。見圖1。

圖1 發(fā)電機3U0定子接地保護邏輯圖

2.2 定子接地保護定值

定值名稱、符號和定值

機端零序電壓：3U0g1,10 V；

中性點零序電壓：3U0g1n，10 V；

延時：t11，1.5 s。

2.3 保護動作記錄

現(xiàn)將該電廠2017 年4 月發(fā)電機定子接地保護動作記錄說明如下：

17:03:32 發(fā)變組故障錄波器啟動，發(fā)電機出口二次電壓Ua突降至56.60 V，Ub突增至60.33 V，Uc突降至55.82 V，機端零序電壓突增至4.2 V。發(fā)電機機 端 電 壓Uab由19.88 kV 增 至19.93 kV，Ubc由19.86 kV 增至20.09 kV，Uac由19.87 kV 降至19.58 kV。

17:06:06.999 發(fā)變組保護B 柜發(fā)TV 斷線信號，故障報文為機端零序電壓3U0t=12.9089 V，中性點零序電壓3U0n=8.0137 V。

17:06:12.564 發(fā)變組保護B 柜故障報文為機端零序電壓3U0t=16.056 V，中性點零序電壓3U0n=9.9682 V，TV斷線信號返回。

17:06:14.637 發(fā)變組保護B 柜定子接地3U0保護動作，新#3發(fā)電機跳閘，汽輪機跳閘，鍋爐MFT 動作，廠用電源切換成功。保護裝置動作報文為：機端零序電壓3U0t=19.8511 V，中性點零序電壓3U0n=12.3179 V。

17:06:14.669 發(fā)變組保護A 柜定子接地3U0保護動作。動作報文為：機端零序電壓3U0t=17.0279 V，中性點零序電壓3U0n=12.3037 V。

發(fā)電機故障有關(guān)電氣量參數(shù)見表1。

表1 發(fā)電機故障前及故障時有關(guān)電氣量參數(shù)（電流、電壓均為二次值）

調(diào)閱新#3 發(fā)變組故障錄波器報文，保護跳閘時發(fā)電機出口二次電壓Ua=56.605 V，Ub=60.326 V，Uc=55.822 V，三相一次對地電壓不平衡，機端零序電壓3U0t、中性點零序電壓3U0n均達到動作值，發(fā)變組保護定子接地3U0保護動作。

發(fā)電機定子接地保護定值為3U0t=10 V，3U0n=10 V，延時t=1.5 s。故障時機端零序電壓3U0t=19.8511 V，中性點零序電壓3U0n=12.3179 V，均達到動作值，發(fā)變組保護定子接地3U0保護動作正確。

3 原因分析

檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機出口1TV C相電壓互感器有異味，外殼有裂紋，測量發(fā)電機1TV 三相阻值偏差大（A 相為1956 Ω，B 相1962 Ω，C 相為1762 Ω），1TV C相電壓互感器內(nèi)部匝間短路，造成發(fā)電機定子C 相二次電壓降低，B 相二次電壓升高，零序電壓突增，達到發(fā)電機定子接地保護3U0動作值，發(fā)變組保護動作，機組跳閘。

圖2 發(fā)電機出口電壓互感器接線圖

查閱發(fā)電機故障錄波器數(shù)據(jù)，當發(fā)電機機端TV一次繞組發(fā)生匝間短路時，故障相對地等效阻抗減小，其他兩相對地阻抗不變，定子三相對地阻抗不平衡，導致發(fā)電機三相一次對地電壓不平衡，產(chǎn)生機端對地零序電壓和中性點對地零序電壓達到發(fā)電機定子接地保護動作值。

專業(yè)技術(shù)人員分析得出發(fā)電機出口TV 存在設備問題，繞組分布不均，環(huán)氧樹脂間有氣隙存在。隨著運行時間的增加，局部放電量逐步增大,導致絕緣擊穿發(fā)生一次側(cè)匝間短路，短路點逐漸發(fā)熱，絕緣情況進一步惡化，短路可能性上升，最終造成電壓互感器出現(xiàn)裂紋，環(huán)氧樹脂熔化滲出。

此次事件同時暴露出該電廠技術(shù)人員對發(fā)電機出口電壓互感器重視程度不足，對重要電氣設備的預防性試驗沒有進行劣化分析，未根據(jù)現(xiàn)場設備實際運行情況縮短預防性試驗周期，對發(fā)電機出口電壓互感器預防性試驗項目和周期執(zhí)行不到位。

4 控制措施

通過對以上設備故障的查找和原因分析，制定防止發(fā)電機出口電壓互感器本體故障的控制措施，對重要電氣設備預防性試驗周期進行完善，避免此類問題的再次發(fā)生。

（1）對發(fā)電機1TV 電壓互感器進行整組更換，同時采購運行10 年以上的發(fā)電機出口電壓互感器備件，嚴把設備選型和驗收質(zhì)量關(guān)，安裝前嚴格按照預防性試驗標準周期和項目進行預防性試驗，對試驗發(fā)現(xiàn)問題或有劣化趨勢的進行更換。

（2）對發(fā)電機電壓互感器預防性試驗項目及周期進行確認及監(jiān)督執(zhí)行，生產(chǎn)、檢修各級技術(shù)人員對試驗數(shù)據(jù)和項目進行分級確認，杜絕試驗項目不全或周期超限的事件發(fā)生。

（3）對發(fā)電機定子接地事故處理程序卡內(nèi)容進行修改，制定詳細的事故現(xiàn)象判斷和事故處理措施，下發(fā)至生產(chǎn)、檢修崗位人員學習并執(zhí)行。在DCS畫面增加發(fā)電機1TV 出口電壓三相偏差報警信號，當出口電壓三相偏差大于0.2 kV 時發(fā)報警信號，同時通知專業(yè)技術(shù)人員到場處理，便于設備參數(shù)出現(xiàn)異常時及時處理。

（4）對其余發(fā)電機出口TV 二次回路負載進行統(tǒng)計分析，每年機組檢修前進行TV 二次回路負載測試，通過試驗數(shù)據(jù)分析出電壓互感器二次側(cè)有無過載現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

5 結(jié)束語

發(fā)電機正常運行時電壓互感器故障發(fā)生定子接地保護動作的現(xiàn)象，會對發(fā)電機設備、電網(wǎng)系統(tǒng)以及人身安全造成較大影響，有效避免運行機組發(fā)生發(fā)電機電壓互感器故障是專業(yè)技術(shù)人員必須面臨和解決的技術(shù)問題。一方面從電壓互感器的選型以及一、二次回路檢查進行嚴格把關(guān)和監(jiān)督執(zhí)行；另一方面要對電壓互感器進行全面檢查和定期的預防性試驗，杜絕可能存在的隱患，滿足生產(chǎn)現(xiàn)場的設備性能要求。