郝潤濤

(山東新龍集團有限公司，山東 濰坊 262700)

發(fā)電機定子繞組單相接地保護動作的分析

郝潤濤

(山東新龍集團有限公司，山東 濰坊 262700)

介紹了一起發(fā)電機基波3 U0定子接地保護動作跳閘的事故，闡述了發(fā)電機基波零序電壓與三次諧波電壓共同構(gòu)成的100%定子接地保護原理，詳細分析了事故發(fā)生的原因，并提出了相應(yīng)的預防措施。

定子繞組；單相接地；接地保護；開口三角電壓

0 引言

發(fā)電機定子接地故障是最常見的發(fā)電機故障。發(fā)電機定子接地后，接地電流經(jīng)故障點三相對地電容、三相定子繞組構(gòu)成通路。當接地電流較大時，能在故障點引起電弧，造成定子繞組和定子鐵芯燒傷，甚至可能造成相間或匝間短路。當電廠發(fā)電機定子接地保護動作時，現(xiàn)場運行及檢修人員應(yīng)及時掌握發(fā)電機一、二次設(shè)備及保護動作信息，并立即進行分析、判斷和處理，確保機組安全穩(wěn)定運行。

1 事件經(jīng)過

2011-03-24T13:30，某電廠7號發(fā)電機組運行時突發(fā)“基波3U0動作信號”，發(fā)電機保護動作跳閘，造成廠用電系統(tǒng)瓦解。發(fā)電機跳閘后，檢查為發(fā)電機定子繞組單相接地基波零序保護動作。隨即對發(fā)電機一、二次設(shè)備，發(fā)電機本體，母線，TV(電壓互感器)，TA(電流互感器)，避雷器，主變及其附屬設(shè)備進行檢查，均未發(fā)現(xiàn)明顯異常，測量發(fā)電機定子繞組對地絕緣電阻合格。在確認發(fā)電機無異常的情況下，重新將其并入系統(tǒng)后發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機機端TV開口三角電壓值異常并存在波動。

2 發(fā)電機定子單相接地保護原理

該電廠的7號發(fā)電機經(jīng)中性點TV接地，采用基波零序電壓與三次諧波電壓共同構(gòu)成的100%定子接地保護，其接線示意如圖1所示。

圖1 發(fā)電機的一次接線

當發(fā)電機定子繞組單相接地時，同中性點非直接接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障一樣，故障點將出現(xiàn)零序電壓，且零序電壓與故障點距中性點的距離成正比。當中性點附近發(fā)生單相接地故障時，故障點零序電壓為0；當故障點越靠近中性點時，其零序電壓越小，甚至可小于微機保護的整定值而出現(xiàn)保護的“死區(qū)”。這時發(fā)電機的三次諧波電壓構(gòu)成的定子接地保護，可消除零序電壓保護的“死區(qū)”。其原理是：利用正常運行時發(fā)電機中性點的三次諧波電壓值比發(fā)電機機端的三次諧波電壓大，而發(fā)生發(fā)電機內(nèi)部定子繞組單相接地故障時，發(fā)電機機端的三次諧波電壓卻比中性點的三次諧波電壓大的特點，設(shè)定發(fā)電機機端的三次諧波電壓為動作量，中性點的三次諧波電壓為制動量，當動作量大于制動量時，保護動作，正常時保護制動。

某公司生產(chǎn)的PA300-G型發(fā)電機綜合保護裝置，其定子接地保護有以下2種方式。

(1) 基波3U0或U0定子接地保護?；?U0或U0定子接地保護反應(yīng)85%～95%的定子繞組單相接地故障。保護裝置采集2個零序電壓，即發(fā)電機機端TV開口三角繞組零序電壓3 U0和中性點TV二次側(cè)零序電壓U0，此保護可濾除三次諧波分量，只反應(yīng)基波分量。3U0和U0以躲過正常運行時機端TV開口三角繞組或中性點單相TV二次側(cè)可能出現(xiàn)的最大基波零序電壓來整定，動作定值為12 V，其保護邏輯如圖2所示。

圖2 基波3 U0或U0定子接地保護

(2) 三次諧波定子接地保護。三次諧波電壓定子接地保護反應(yīng)發(fā)電機中性點20%～30%的定子繞組單相接地故障。機端側(cè)三次諧波電壓取自機端TV開口三角零序電壓，中性點三次諧波電壓取自發(fā)電機中性點TV二次電壓，以保護裝置測取的三次諧波電壓作為保護判據(jù)。

該裝置諧波制動系數(shù)分為2種：K1為并網(wǎng)前諧波制動系數(shù)，K2為并網(wǎng)后諧波制動系數(shù)。整定原則是，躲開正常運行時機端三次諧波電壓與中性點三次諧波電壓的比值為最大值，即U0T(三次)/U0N(三次)為最大值。其保護邏輯如圖3所示。

圖3 并網(wǎng)前后的三次諧波定子接地保護邏輯

圖3中:K1U0N(三次)為并網(wǎng)前制動量；K2U0N(三次)為并網(wǎng)后制動量；U0T(三次)為動作量。

3 基波3 U0定子接地保護動作分析

根據(jù)發(fā)電機定子單相接地保護原理，7號發(fā)電機組定子接地保護的基波零序電壓3U0，取自機端TV的開口三角形繞組，動作定值為12 V。正常運行時，機端TV開口三角不平衡電壓有基波和三次諧波2種。當高壓側(cè)發(fā)生單相接地故障時，高壓系統(tǒng)通過變壓器高、低壓繞組間的電容耦合傳給發(fā)電機機端的零序電壓，可能超過定子接地保護的動作電壓。檢修人員對系統(tǒng)進行詳細檢查后排除了高壓側(cè)接地故障的可能。通過查閱保護事件記錄可知，定子接地保護動作報告顯示，基波零序電壓3U0為12.34 V，已超過了定子接地保護定值12 V，因而保護動作跳閘解列發(fā)電機。而在此次事件中，三次諧波保護未動作，即排除了中性點附近接地故障的可能。測量發(fā)電機對地絕緣電阻為10MΩ，則排除了定子繞組接地的可能。并列后，測量機端TV開口三角電壓為6 V，且數(shù)值不穩(wěn)定，隨著負荷的增加而不斷升高，但機端TV三相對地電壓值無變化，發(fā)電機三相電壓值正常。

由此可判斷發(fā)電機定子繞組并沒有發(fā)生接地故障，而是由于機端TV開口三角電壓3U0異常波動并超過保護整定值而導致了保護動作跳閘事故。

4 開口三角電壓異常原因分析

停機后，檢修人員對機端TV開口三角電壓異常波動原因進行排查。首先對機端TV一、二次接線，高、低壓熔斷器進行了詳細的檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯異常。此次事故中，TV三相對地電壓值正常，排除了諧振過電壓造成開口三角電壓升高的可能。其次，對機端TV進行了相應(yīng)的試驗測試，發(fā)現(xiàn)TV泄漏電流嚴重超標，主要原因是機端TV非全絕緣型，且安裝在發(fā)電機0m層，該層環(huán)境潮濕，TV受潮引發(fā)對地閃絡(luò)而導致開口三角電壓異常波動。

為消除設(shè)備隱患，可將機端TV更換為全絕緣型TV，并加強對TV的巡檢工作，定期測量發(fā)電機0m層的濕度、TV溫度及二次電壓值，并將保護裝置檢測到的3 U0基波零序電壓傳送至運行人員值班的監(jiān)視電腦界面，以方便運行人員觀察并記錄機組不同運行工況下數(shù)值的變化情況，一旦發(fā)現(xiàn)異常及時處理。同時，將保護定值提高為15 V，確保躲過機組運行時產(chǎn)生的不平衡電壓。自實施上述措施以來，機組運行至今未發(fā)現(xiàn)異常。

5 結(jié)束語

當發(fā)電機系統(tǒng)設(shè)備發(fā)生故障，并伴隨繼電保護動作報警和跳閘時，應(yīng)根據(jù)當時的報警信號和保護動作情況，對發(fā)電機一、二次相關(guān)設(shè)備分別進行排查，迅速判斷設(shè)備故障點及保護動作是否正確，以便確定故障原因并及時處理。應(yīng)加強對發(fā)電機組相關(guān)設(shè)備的檢查和測試，改善設(shè)備運行環(huán)境，采取防止設(shè)備運行異常的措施，及時消除設(shè)備隱患，全面提高機組的安全運行水平。

2013-11-16。

郝潤濤(1981-)，男，技師，主要從事熱電廠電氣運行工作，email：haoruntao0526@163.com。