李雁翔

2010年8月30日，秦山一廠(chǎng)在大修結(jié)束后升功率到230MW時(shí)發(fā)電機(jī)突然跳閘，連跳汽機(jī)停機(jī)，反應(yīng)堆停堆。事后經(jīng)檢查為主發(fā)變組第二套保護(hù)裝置的發(fā)電機(jī)定子95%接地保護(hù)動(dòng)作出口，跳開(kāi)發(fā)電機(jī)出口斷路器，并連鎖停機(jī)停堆。

秦山一廠(chǎng)的發(fā)電機(jī)95%定子接地保護(hù)為基波零序電壓保護(hù)裝置，共設(shè)置兩套，所需零序電壓信號(hào)分別取自發(fā)電機(jī)出口的1#和2#電壓互感器，保護(hù)定值為7V，當(dāng)零序電壓超過(guò)保護(hù)定值并持續(xù)500ms即跳開(kāi)發(fā)電機(jī)出口斷路器。

通過(guò)事故后對(duì)錄波文件和保護(hù)系統(tǒng)文件的分析，發(fā)現(xiàn)2#電壓互感器的A相曾消失900ms以及與此同時(shí)保護(hù)裝置測(cè)得的零序電壓為37V，可推斷A相一次側(cè)曾斷開(kāi)900ms，引起A相電壓消失同時(shí)出現(xiàn)較高的零序電壓，從而造成發(fā)電機(jī)跳閘。但事后對(duì)2#電壓互感器檢測(cè)為發(fā)現(xiàn)其故障，目前A相電壓消失的原因尚不明確。

圖1

所以秦山一廠(chǎng)的發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)存在一定缺陷，當(dāng)發(fā)電機(jī)出口電壓互感器某相出現(xiàn)一次側(cè)故障時(shí)（如一次側(cè)斷線(xiàn)、熔絲熔斷等），該相二次側(cè)電壓會(huì)變?yōu)?，零序電壓會(huì)上升到33V左右，引起定子接地保護(hù)誤動(dòng)。

對(duì)于秦二廠(chǎng)的發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)，目前有兩套保護(hù)裝置，分別為基波零序電壓保護(hù)和外加20Hz電源的信號(hào)注入法定子接地保護(hù)，保護(hù)范圍分別為95%和100%。圖2是秦二廠(chǎng)的保護(hù)接線(xiàn)圖。

圖2

1 基波零序電壓定子接地保護(hù)原理

發(fā)電機(jī)定子繞組（設(shè)A相距中性點(diǎn)a處），發(fā)生單相接地時(shí)，則機(jī)端的零序電壓為：則機(jī)端的零序電壓為Ua=（1-a）Ea，Ub=Eb-aEa，Uc=Ec-aEa；可見(jiàn)A相接地時(shí)的零序電壓3U0=-aEa（其它相同），利用3U0作為動(dòng)作保護(hù)參量，構(gòu)成基波零序電壓定子接地保護(hù)?；阈螂妷嚎梢栽跈C(jī)端或中性點(diǎn)處獲得，對(duì)于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)變壓器接地的情況，基波零序電壓可取自中性點(diǎn)變壓器的二次電壓。但是由于在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)處存在位移電壓，該保護(hù)不可避免的在中性點(diǎn)附近存在死區(qū)，而且當(dāng)經(jīng)過(guò)過(guò)渡電阻接地時(shí)靈敏度就更低了。

秦一廠(chǎng)和秦二廠(chǎng)都采用基波零序電壓定子接地保護(hù)，不同的是秦一廠(chǎng)的信號(hào)取自發(fā)電機(jī)出口電壓互感器，然后通過(guò)計(jì)算得出零序電壓。所以在發(fā)生電壓互感器斷線(xiàn)的情況下會(huì)出現(xiàn)保護(hù)誤動(dòng)。而秦二廠(chǎng)的發(fā)電機(jī)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式，如圖2所示，利用消弧線(xiàn)圈作為原邊，在副邊感應(yīng)出電壓，通過(guò)三次諧波過(guò)濾得到比較高品質(zhì)的零序電壓。但是由于發(fā)電機(jī)三相出線(xiàn)對(duì)地電容不同，所以不可避免的會(huì)造成中性點(diǎn)處存在一定的零序電壓，為了躲過(guò)正常運(yùn)行時(shí)的零序電壓，該保護(hù)設(shè)定一定的動(dòng)作閾值，從而使得該保護(hù)只能保護(hù)發(fā)電機(jī)定子的95%，即從中性點(diǎn)開(kāi)始的5%得不到保護(hù)。

對(duì)于秦二廠(chǎng)的基波零序電壓定子保護(hù)裝置，如果發(fā)生一次側(cè)或二次側(cè)斷線(xiàn)或熔絲熔斷故障，只會(huì)造成接收不到中性點(diǎn)的零序電壓，這樣會(huì)使保護(hù)裝置拒動(dòng)，而不會(huì)造成保護(hù)誤動(dòng)。

2 外加20Hz電源的信號(hào)注入法定子接地保護(hù)原理

秦二廠(chǎng)的基于外加低頻信號(hào)的注入式定子接地保護(hù)也是利用發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)處消弧線(xiàn)圈，低頻信號(hào)由消弧線(xiàn)圈注入，一旦發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生單相接地，注入回路的零序電壓和零序電流均發(fā)生變化，從而可計(jì)算得到接地電阻值，動(dòng)作于信號(hào)或跳閘。下面兩圖分別為秦二廠(chǎng)外加20Hz電源定子接地保護(hù)的原理圖和簡(jiǎn)化等效電路。

圖3 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地時(shí)外加20Hz電源保護(hù)原理

圖4 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地時(shí)外加電源20Hz保護(hù)的簡(jiǎn)化等效電路

R■■為接地故障電阻；X■■為消弧線(xiàn)圈的感抗；X■■為發(fā)電機(jī)對(duì)地容抗；

各參數(shù)為20Hz下折算到二次側(cè)的值

該保護(hù)采用20Hz頻率的電源，可以與發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行和故障時(shí)的頻率明顯區(qū)分。通過(guò)電壓互感器和電流互感器測(cè)得的20Hz零序電壓和零序電流參數(shù)，計(jì)算發(fā)電機(jī)的對(duì)地絕緣電阻。當(dāng)發(fā)電機(jī)定子繞組側(cè)絕緣正常時(shí)，計(jì)算出的接地電阻為無(wú)窮大；一旦發(fā)生定子接地故障，零序電壓和零序電流均發(fā)生變化，計(jì)算出的接地電阻減小，裝置根據(jù)接地電阻值和零序電流的大小來(lái)判斷是否出現(xiàn)了定子接地故障。

20Hz信號(hào)注入式定子接地保護(hù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）在發(fā)電機(jī)靜止、啟動(dòng)和正常運(yùn)行狀態(tài)下可有效發(fā)現(xiàn)其定子單相接地故障，并可監(jiān)視定子繞組絕緣的緩慢老化；

（2）可準(zhǔn)確計(jì)算出接地故障電阻值；

（3）保護(hù)范圍為100%定子繞組，靈敏度高，無(wú)保護(hù)死區(qū)；

（4）一般該類(lèi)保護(hù)都具有完善的監(jiān)視功能，即保護(hù)裝置內(nèi)部發(fā)生PT或CT斷線(xiàn)及短路時(shí)會(huì)自動(dòng)閉鎖保護(hù)動(dòng)作，以及當(dāng)保護(hù)裝置電源異常時(shí)閉鎖電源輸出，并發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

由于該保護(hù)在任何時(shí)候都可以起到保護(hù)作用，因此在停機(jī)檢修時(shí)需要將該保護(hù)退出，否則會(huì)引起不必要的誤動(dòng)。

發(fā)電機(jī)發(fā)生定子繞組接地時(shí)，由于消弧線(xiàn)圈的作用，電流并不會(huì)太大。秦二廠(chǎng)發(fā)電機(jī)出口電壓20kV，容量650MW，國(guó)家規(guī)定的安全電流為1A。只要低于安全電流，就不會(huì)產(chǎn)生電弧，不會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)定子產(chǎn)生太大損害。所以有的電廠(chǎng)當(dāng)發(fā)電機(jī)定子一點(diǎn)接地且接地電流不超過(guò)安全電流時(shí)采取只發(fā)信號(hào)而不跳機(jī)的措施。但是如果定子繞組一點(diǎn)接地，流過(guò)故障點(diǎn)的電容電流會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)鐵心局部過(guò)熱，燒壞鐵心硅鋼片間絕緣，造成定子繞組匝間短路或相間短路，這種情況下會(huì)燒毀發(fā)電機(jī)，因此秦二廠(chǎng)采取定子一點(diǎn)接地即跳閘的策略，從而保證發(fā)電機(jī)的安全。

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