一次發(fā)變組機(jī)端PT 擊穿導(dǎo)致停機(jī)的典型事故分析

劉先科，段 鵬，張敬革，夏海云

（中國長江電力股份有限公司三峽水力發(fā)電廠，湖北 宜昌 443133）

0 引言

發(fā)電機(jī)組事故暫態(tài)過程短，變化速度快，對于人員和設(shè)備威脅大。事故發(fā)生后，運行值班人員需迅速做出正確分析，果斷處理，否則可能造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。

1 設(shè)備的基本情況

某大型水電站單機(jī)裝機(jī)容量700 MW，發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓20 kV，主變壓器升壓至500 kV，經(jīng)GIS 線路接入電力系統(tǒng)。

每一個發(fā)變組單元配置兩套完整的電氣量保護(hù)。發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)作為發(fā)電機(jī)定子單相接地故障保護(hù)，由基波零序電壓部分和三次諧波電壓兩部分組成，保護(hù)范圍包括發(fā)電機(jī)定子線圈，電壓互感器、電流互感謝器、電纜、母線、開關(guān)刀閘、互感器一次側(cè)、刀閘斷路器、發(fā)電母線及電壓互感器一次側(cè)、變壓器低壓側(cè)（發(fā)電機(jī)電壓側(cè)）、廠變高壓側(cè)等。

2 事故發(fā)生時的現(xiàn)象

圖1 定子接地保護(hù)配置原理圖

事故發(fā)生時，監(jiān)控系統(tǒng)突報“**F：A 套發(fā)電機(jī)保護(hù)定子接地保護(hù)動作”、“**F：B 套發(fā)電機(jī)保護(hù)定子接地保護(hù)動作”、“**F：A 套發(fā)電機(jī)保護(hù)停機(jī)總出口動作”、“**F：B 套發(fā)電機(jī)保護(hù)停機(jī)總出口動作”、“**F：電氣事故停機(jī)”、“**F：勵磁系統(tǒng)欠勵限制動作”、“**F：勵磁系統(tǒng)V/F 限制動作”、“84**開關(guān)三相跳閘”等信號，**F 機(jī)組跳閘，緊急停機(jī)流程啟動。

3 檢查和分析過程

運行監(jiān)屏人員發(fā)現(xiàn)該機(jī)組跳閘，立即匯報當(dāng)班值班主任。

運行值班主任立即組織事故處理，并令值班員現(xiàn)場檢查確認(rèn)故障情況。

運行值班員現(xiàn)場檢查確認(rèn)，該發(fā)電機(jī)保護(hù)A、B盤零序電壓定子接地保護(hù)動作，機(jī)組跳閘出口，注入式定子接地保護(hù)有告警信號。

3.1 保護(hù)裝置動作情況

運行值班員現(xiàn)場查看保護(hù)裝置，發(fā)現(xiàn)A、B 兩套零序電壓定子接地保護(hù)均動作。

圖2 保護(hù)裝置動作事件

隨后，值班員現(xiàn)場檢查了A、B 套保護(hù)裝置接地電阻，接地電阻一次值僅1.8 kΩ。

而機(jī)組在正常運行過程中，接地電阻值應(yīng)在655 kΩ，故該項數(shù)據(jù)明顯異常，定子接地保護(hù)動作符合邏輯。

3.2 故障錄波情況

故障錄波顯示，故障發(fā)生時機(jī)端三相電流相序和幅值未明顯異常，而機(jī)端開口三角有零序電壓且不斷增大。

從數(shù)據(jù)分析可知，故障發(fā)生時機(jī)端零序電壓達(dá)到10 V，經(jīng)0.5 s，發(fā)電機(jī)A、B 套保護(hù)動作出口，與基波零序電壓定子接地保護(hù)整定值符合，保護(hù)整定值為10 V、延時0.5 s。

此外，中性點零序有零序電壓且與機(jī)端開口三角基本一致，機(jī)端A 相電壓60 V 左右，機(jī)端B 相電壓降至51 V 左右，C 相電壓降至53 V 左右。

3.3 事故的分析和判斷

結(jié)合監(jiān)控信號、現(xiàn)場情況、保護(hù)信號故障錄波以及定子接地保護(hù)邏輯，當(dāng)班值班主任綜合分析得出初步結(jié)論：機(jī)組兩套發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置采樣及動作行為一致，機(jī)端PT 自產(chǎn)零序、機(jī)端開口三角零序、中性點零序電壓均基本一致，故排除保護(hù)及錄波用PT二次回路問題，判定為電氣一次側(cè)存在接地故障。

圖4 定子接地保護(hù)動作邏輯

3.4 發(fā)變組電氣一次設(shè)備檢查情況

基于該機(jī)組電氣一次側(cè)存在接地故障的分析判斷，電廠組織運行人員、維護(hù)人員重點對機(jī)組發(fā)電機(jī)、勵磁變、機(jī)端PT、CT 等電氣一次設(shè)備進(jìn)行了排查，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)機(jī)端B 相PT4 一次側(cè)出現(xiàn)擊穿，導(dǎo)致機(jī)端B 相接地，確認(rèn)了故障點，與分析判斷相符。經(jīng)現(xiàn)場解體檢查，故障的PT 電壓互感器發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部存在短路。故障PT 如圖5。

圖5 故障PT 外觀

4 電廠的改進(jìn)措施

該起事故中保護(hù)裝置動作正確，電壓互感器(PT)一次側(cè)擊穿，直接導(dǎo)致700 MW 機(jī)組事故停機(jī)，造成了直接后果。

現(xiàn)場解體檢查故障發(fā)現(xiàn)電壓互感器發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部存在短路情況，但是電壓互感器短路發(fā)展過程及機(jī)理不明確，常規(guī)的定期試驗項目未能提前發(fā)現(xiàn)故障苗頭。

電廠聯(lián)系有關(guān)科研單位、國內(nèi)互感器制造廠家（故障互感器原產(chǎn)地為意大利）對故障現(xiàn)象及發(fā)展過程進(jìn)行綜合分析，最終明確了互感器故障原因。

電廠結(jié)合同類設(shè)備的出廠批次及運行情況，對歷年檢修試驗情況進(jìn)行了梳理和分析，以確認(rèn)該型電壓互感器是否存在家族性缺陷。

對電壓互感器定期試驗項目進(jìn)行了分析研究，部分定期試驗項目（感應(yīng)耐壓試驗）為破壞性試驗，電廠組織力量深入研究國際、國內(nèi)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合當(dāng)前設(shè)備制造工藝水平、檢修試驗手段，進(jìn)一步分析相關(guān)試驗的項目和周期，修訂電壓互感器預(yù)防性試驗規(guī)程。

作為舉一反三整改措施的一部分，電廠組織相關(guān)部門，清理了設(shè)備備品備件庫存情況，確保備品備件數(shù)量。隨后電廠啟動了20 kV 電壓互感器國產(chǎn)化替代研究。

表1 是更換PT 后的試驗數(shù)據(jù)。

表1 更換后PT 試驗數(shù)據(jù)

5 結(jié)語

電壓互感器等較隱蔽的電氣一次設(shè)備，常規(guī)的巡回檢查、定期試驗難以保證及時發(fā)現(xiàn)缺陷和隱患。

從運行人員的角度來說，單一的定子接地保護(hù)動作跳閘故障，處理和判斷均屬常規(guī)，而監(jiān)控系統(tǒng)、保護(hù)裝置和故障錄波提供的數(shù)據(jù)和信息，對故障的判斷有著重要的支持作用。故障初期，運行人員的緊急排查無安全措施，需嚴(yán)防觸電風(fēng)險。后續(xù)的電氣一次設(shè)備檢查，應(yīng)在有安全措施尤其接地措施完好的情況下進(jìn)行，在狹窄或高處檢查時，應(yīng)尤其注意人身安全。運行人員應(yīng)有應(yīng)急處置能力，故障錄波系統(tǒng)的使用和波形分析能力。