一起由發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動作引起機(jī)組事故跳閘故障的分析及處理

胡 暢

(國電大渡河大崗山水電開發(fā)有限公司，四川 石棉 625409)

發(fā)電機(jī)定子接地故障是發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中比較常見的一種電氣故障，易造成發(fā)電機(jī)本體絕緣的局部損壞，且故障持續(xù)惡化后容易引起相間和匝間故障，事故危害較大[1-2]。目前常見的發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)的基本原理有基波零序和3次諧波構(gòu)成的100%定子接地保護(hù)、外加電源式定子接地保護(hù)等[3]。

本次發(fā)生事故跳閘事件的電廠，其定子接地保護(hù)采用的是發(fā)電機(jī)保護(hù)A套基波零序和3 次諧波構(gòu)成的100%定子接地保護(hù)和B套注入式定子單相接地保護(hù)[4]。其不僅能保護(hù)發(fā)電機(jī)定子繞組，而且能對與發(fā)電機(jī)直接相連的發(fā)電機(jī)封閉母線、發(fā)電機(jī)出口和主變低壓側(cè)電壓互感器、勵磁變及高廠變高壓側(cè)單相接地故障產(chǎn)生反應(yīng)[5]。

在發(fā)生因發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動作造成機(jī)組事故跳閘事件后，如何快速準(zhǔn)確判斷故障點(diǎn)位置成為事故分析的首要任務(wù)。因此，本文以某電廠1號機(jī)組因發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動作造成電廠1號機(jī)組事故跳閘事件為背景，論述了該機(jī)組定子接地故障點(diǎn)的分析和尋找過程。

1 故障現(xiàn)象

2020年06月14日00:24:12，上位機(jī)報(bào)“1F機(jī)組1號保護(hù)定子接地(3U0+3W)保護(hù)跳閘(本地屏)、1F機(jī)組1號保護(hù)電氣事故跳閘(本地屏)、1F機(jī)組2號保護(hù)電氣事故跳閘(本地屏)、1F機(jī)組2號保護(hù)定子接地(注入式)保護(hù)跳閘(本地屏)、1F勵磁系統(tǒng)滅磁開關(guān)分閘(本地屏)、1F勵磁系統(tǒng)滅磁開關(guān)分閘(本地屏)”。1號機(jī)組電氣事故停機(jī)流程啟動，機(jī)組出口斷路器DL1、滅磁開關(guān)FCB跳閘，機(jī)組一級過速動作(最高轉(zhuǎn)速為170.9 r/min(136.72%Ne)，兩套測速裝置一級過速節(jié)點(diǎn)均動作)，甩負(fù)荷650 MW，全廠AGC、AVC退出。故障跳閘后，系統(tǒng)電壓由533.7 kV上升至537.3 kV，系統(tǒng)頻率由50.03 Hz下降至49.9 Hz。

2 故障后檢查情況

1號機(jī)組事故跳閘事件發(fā)生以后，電廠立即組織人員對機(jī)組進(jìn)行檢查，檢查情況如下所述。

2.1 故障錄波裝置錄波報(bào)告

根據(jù)圖1故障錄波波形可知：故障發(fā)生后，機(jī)端電壓和主變低壓側(cè)電壓C相電壓趨近于0，零序電壓上升為相電壓。機(jī)組出口開關(guān)分閘后，機(jī)端電壓C相上升恢復(fù)正產(chǎn)，幅值和衰減趨勢與A相、B相電壓相同；主變低壓側(cè)C相電壓仍然接近于0，零序電壓接近相電壓。綜合故障錄波波形可判斷一次設(shè)備C相有故障，且故障點(diǎn)位于機(jī)組出口開關(guān)外側(cè)。

圖1 故障錄波報(bào)告

2.2 保護(hù)裝置動作報(bào)告

1)1號機(jī)組1號保護(hù)裝置動作報(bào)告。1號保護(hù)裝置裝置動作報(bào)告可知機(jī)端零序電壓最高達(dá)到95.46 V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過“零序電壓高定值”15 V，保護(hù)動作正確(見圖2)。A相、B相電壓上升至線電壓，C相電壓趨近于0，可初步判斷保護(hù)動作原因?yàn)橐淮卧O(shè)備C相接地。

圖2 1號保護(hù)裝置動作報(bào)告

2)1號機(jī)組2號保護(hù)裝置動作報(bào)告。2號保護(hù)裝置裝置動作報(bào)告可知發(fā)電機(jī)零序電流最高達(dá)到5.427 A，遠(yuǎn)大于“零序電流跳閘定值”0.41 A，保護(hù)動作正確(見圖3)。注入式定子接地保護(hù)電阻測量結(jié)果因裝置自身計(jì)算周期原因?qū)е聹y量結(jié)果晚于零序電流直接采樣顯示的結(jié)果，但從錄波曲線可看出，定子接地測量電阻由20.1 kΩ逐漸降至0。2號保護(hù)裝置電壓采樣與1號保護(hù)裝置電壓采樣一致，均為A相、B相電壓上升至線電壓，C相電壓趨近于0，由此可推斷一次設(shè)備C相有接地故障。

圖3 2號保護(hù)裝置動作報(bào)告

3 故障原因分析

1)根據(jù)故障錄波波形可知：故障發(fā)生后，機(jī)端電壓和主變低壓側(cè)電壓C相電壓趨近于0，零序電壓上升為相電壓；機(jī)組出口開關(guān)分閘后，機(jī)端電壓C相上升恢復(fù)正產(chǎn)，幅值和衰減趨勢與A相、B相電壓相同；主變低壓側(cè)C相電壓仍然接近于0，零序電壓接近相電壓。綜合故障錄波波形可判斷一次設(shè)備C相有故障，且故障點(diǎn)位于機(jī)組出口開關(guān)外側(cè)。

2)由1號保護(hù)裝置裝置動作報(bào)告可知機(jī)端零序電壓最高達(dá)到95.46 V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過“零序電壓高定值”15 V，保護(hù)動作正確。A相、B相電壓上升至線電壓，C相電壓趨近于0，可初步分析保護(hù)動作原因?yàn)橐淮卧O(shè)備C相接地。

3)由2號保護(hù)裝置裝置動作報(bào)告可知發(fā)電機(jī)零序電流最高達(dá)到5.427 A，遠(yuǎn)大于“零序電流跳閘定值”0.41 A，保護(hù)動作正確。注入式定子接地保護(hù)電阻測量結(jié)果因裝置自身計(jì)算周期原因?qū)е聹y量結(jié)果晚于零序電流直接采樣的結(jié)果，但從錄波曲線可看出，定子接地測量電阻由20.1 kΩ逐漸降至0。2號保護(hù)裝置電壓采樣與1號保護(hù)裝置電壓采樣一致，均為A相、B相電壓上升至線電壓，C相電壓趨近于0，由此可推斷一次設(shè)備C相有接地故障。

4)1號機(jī)組定子接地保護(hù)動作后，機(jī)組出口斷路器分閘，機(jī)組與主變隔離開，但此時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)、主變保護(hù)裝置和故障錄波裝置采樣仍顯示C相電壓趨近于0，A相、B相電壓為線電壓。

4 接地故障點(diǎn)檢查

1B低壓側(cè)電壓互感器(1B 2YH)柜內(nèi)C相避雷器高壓進(jìn)線銅排螺栓連接部位與1B 2YH一次繞組中性點(diǎn)接地電纜接觸，因接地電纜絕緣層燒損造成1B低壓側(cè)C相直接接地是本次故障的直接原因，故障部位及現(xiàn)象如圖4～圖7所示。

圖4 故障位置

圖5 故障現(xiàn)象

圖6 故障部位現(xiàn)象

圖7 接地電纜燒損情況

1B 2YH一次繞組中性點(diǎn)接地電纜使用了50 mm2阻燃聚氯乙烯軟銅線，該電纜絕緣水平較低，僅能承受450/750 V額定電壓的長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。該接地電纜與地網(wǎng)相連，正常運(yùn)行下電壓為零，與C相避雷器高壓進(jìn)線銅排螺栓直接接觸后，電纜絕緣層將承受10.4 kV相電壓，在接觸部位將產(chǎn)生局部放電及過熱，長時(shí)間運(yùn)行后，造成接觸部位聚氯乙烯絕緣層燒損，最終使C相一次部分直接接地。

5 故障點(diǎn)處理

更換1B 2YH一次繞組的中性點(diǎn)接地電纜并固定良好，防止與附近的高壓裸露銅排接觸，同時(shí)打磨C相避雷器高壓進(jìn)線銅排螺栓部位，保持其整潔，防止發(fā)熱。處理后情況如圖8所示。

圖8 處理后的部位

6 防范措施

此次機(jī)組事故跳閘事件的主要原因是主變低壓側(cè)C相避雷器高壓進(jìn)線銅排螺栓連接部位與主變低壓側(cè)電壓互感器一次繞組中性點(diǎn)接地電纜接觸，造成主變低壓側(cè)C相接地故障，發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動作，為防止類似故障再次發(fā)生，建議采取以下幾項(xiàng)措施：①對設(shè)備存在的故障隱患進(jìn)行全面排查。重點(diǎn)做好一次、機(jī)械設(shè)備封閉空間內(nèi)結(jié)構(gòu)狀況摸底，形成具體的隱患排查清單，對400 V及以上高壓設(shè)備裸露部位應(yīng)進(jìn)行全面排查和絕緣包扎處理。②加強(qiáng)設(shè)備檢修現(xiàn)場跟蹤力度，掌握實(shí)際檢修情況，做好檢修項(xiàng)目的閉環(huán)管理，確保檢修項(xiàng)目不漏項(xiàng)、檢修范圍無死區(qū)，進(jìn)一步提高設(shè)備檢修質(zhì)量。③重點(diǎn)排查類似封閉區(qū)域設(shè)備隱患，將發(fā)現(xiàn)隱患、整改隱患、防范隱患作為重點(diǎn)內(nèi)容，同時(shí)強(qiáng)化管理手段和措施，全員行動，舉一反三，確保不再發(fā)生類似事件。