張晶

摘 要：該文從石泉水電廠一起典型發(fā)電機(jī)定子接地故障的綜合分析入手，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)此類故障的應(yīng)急處置提出改進(jìn)建議。希望對(duì)類似故障的處置有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：定子單相接地 綜合分析 改進(jìn)建議

中圖分類號(hào)：TM32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）01（c）-0028-02

石泉水力發(fā)電廠于1971年興建，共裝有5臺(tái)單機(jī)容量4.5萬(wàn)kW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，是陜西第一座中型水力發(fā)電廠，在陜西電網(wǎng)中非汛期主要承擔(dān)調(diào)峰和事故備用；在汛期作為系統(tǒng)基荷，是陜南電網(wǎng)主要的電源支撐點(diǎn)之一。該文從該電廠一起典型發(fā)電機(jī)定子單相接地故障的綜合分析入手，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)此類故障的應(yīng)急處置提出改進(jìn)建議。

1 故障經(jīng)過(guò)和現(xiàn)場(chǎng)處置情況

2011年11月20日19時(shí)14分，1號(hào)發(fā)電機(jī)運(yùn)行中返回屏1FB單元突然打出“保護(hù)裝置異常”光子牌；計(jì)算機(jī)監(jiān)控顯示“1FB電氣故障，1F定子接地”故障信號(hào)；19時(shí)16分值班員現(xiàn)地檢查發(fā)現(xiàn)1FB保護(hù)盤(pán)“3UO” “3 W”定子接地告警信號(hào)同時(shí)點(diǎn)亮，初步分析定子有接地現(xiàn)象，且故障點(diǎn)應(yīng)在“3UO”和“3 W”保護(hù)范圍的重疊區(qū)；19時(shí)20分該值班員切換返回屏定子電壓把手測(cè)量：3UO電壓為7.99 kV，機(jī)組Ubn為1.38 kV，Uan和Ucn均為9.8 kV，再次判斷：定子線圈B相確有接地現(xiàn)象，并且在機(jī)組風(fēng)洞口以及機(jī)組中性線穿墻套管處聞到淡淡的類似“電焊”的焦糊味，立即匯報(bào)值長(zhǎng)；值長(zhǎng)在申請(qǐng)調(diào)度后于19時(shí)25分將該機(jī)組停運(yùn)，隨后會(huì)同檢修人員對(duì)機(jī)組進(jìn)行全面檢查。

應(yīng)檢修人員要求將1號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)臨修并進(jìn)行熱態(tài)試驗(yàn)：檢修人員用2 500 V兆歐表測(cè)得定子絕緣電阻A相497 MΩ、B相0 MΩ、C相500 MΩ，故初步判斷定子線棒B相絕緣有金屬性接地；采用電流燒穿法查找到定子線棒+Y方向定子和轉(zhuǎn)子氣隙之間有輕煙冒出，并伴有焦糊味，經(jīng)盤(pán)車檢查確定故障位置位于#141定子線棒處；因發(fā)電機(jī)30多年長(zhǎng)期運(yùn)行，此處定子鐵芯下壓齒與底部環(huán)板焊點(diǎn)老化開(kāi)焊，在機(jī)組運(yùn)行中定子鐵芯振動(dòng)，使下壓齒躥出與轉(zhuǎn)子磁極線圈碰撞形成掃膛，導(dǎo)致#141上層線棒出槽口部位發(fā)生磨損并扭曲變形，并使其側(cè)面主絕緣因單相接地大電流燒灼出坑狀。

2 結(jié)合定子接地保護(hù)原理及實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行綜合分析

零序電壓型接地保護(hù)，是從機(jī)端YH開(kāi)口三角形繞組取得零序電壓，接入保護(hù)用的過(guò)電壓繼電器。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)無(wú)零序電壓，繼電器不動(dòng)作。但實(shí)際上，發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，其相電壓中存在三次諧波電壓；另外，在變壓器高壓側(cè)發(fā)生接地短路時(shí)，由于變壓器高低壓繞組之間存在電容，也會(huì)產(chǎn)生零序電壓。為了保證保護(hù)動(dòng)作的選擇性，應(yīng)躲開(kāi)上述三次諧波電壓與零序電壓，并采取措施降低動(dòng)作電壓，包括裝設(shè)三次諧波電壓濾過(guò)器、利用變壓器高壓側(cè)的零序電壓將接地閉鎖等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。該廠1#發(fā)電機(jī)保護(hù)為機(jī)變一體化配置，發(fā)生接地故障時(shí)零序電壓經(jīng)三次諧波濾過(guò)器濾波后，作為啟動(dòng)量輸入定子接地繼電器KE中，為防止變壓器高壓側(cè)接地時(shí)對(duì)低壓側(cè)的影響，將110 kV側(cè)零序電壓作為制動(dòng)量輸入KE中，使保護(hù)動(dòng)作電壓值降低至10 V左右，實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組90%范圍以上接地保護(hù)。由于故障點(diǎn)離中性點(diǎn)的距離與零序電壓的大小成正比，當(dāng)中性點(diǎn)附近發(fā)生接地故障時(shí)，零序電壓急劇降低，保護(hù)不會(huì)啟動(dòng)，此時(shí)引入三次諧波保護(hù)消除了定子繞組中性點(diǎn)附近10%的死區(qū)，構(gòu)成了發(fā)電機(jī)定子接地100%保護(hù)范圍。

以上簡(jiǎn)要分析了該廠現(xiàn)行配置的發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)，事實(shí)證明該次故障點(diǎn)正好位于定子繞組靠近中性點(diǎn)附近即3UO和3 W保護(hù)的結(jié)合部，保護(hù)動(dòng)作正確、靈敏、可靠。下面結(jié)合實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，對(duì)故障發(fā)生時(shí)的具體判斷方法和現(xiàn)場(chǎng)處置步驟進(jìn)行探討和分析。

3 迅速判斷定子接地故障的性質(zhì)及真假

（1）當(dāng)定子金屬性接地時(shí)，通過(guò)切換定子電壓表可測(cè)得接地相對(duì)地電壓為零，非接地相對(duì)地相電壓為線電壓；而非金屬性接地時(shí)，或一點(diǎn)接地發(fā)生在定子繞組的內(nèi)部或中性點(diǎn)附近或發(fā)變組主變壓器低壓繞組內(nèi)時(shí)，切換定子電壓表測(cè)得接地相對(duì)地電壓大于零而小于相電壓，非接地相對(duì)地電壓大于相電壓而小于線電壓。

（2）需特別注意：當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端YH高壓側(cè)一相或兩相熔斷器熔斷時(shí)，其二次側(cè)開(kāi)口三角繞組端電壓也要升高。如U相熔斷器熔斷，發(fā)電機(jī)各相對(duì)地電壓未發(fā)生變化，仍為相電壓，但電壓互感器的二次側(cè)電壓測(cè)量值因U相熔斷發(fā)生了變化，即UuvUwu降低，而Uvw仍為線電壓（造成線電壓不平衡），各相對(duì)地電壓UvOUwO接近相電壓，UuO明顯降低（相對(duì)地?zé)o電壓升高），機(jī)變保護(hù)裝置顯示3UO電壓為100 V，發(fā)“定子接地”信號(hào)（假接地）。

因此，真假接地的根本區(qū)別是：真接地時(shí)，定子電壓表指示接地相對(duì)地電壓降低（或等于零），非接地相對(duì)地電壓升高（大于相電壓但不超過(guò)線電壓），而線電壓仍平衡。 而假接地時(shí)，相對(duì)地電壓不會(huì)升高，線電壓也不平衡。

4 縮小故障范圍，減少查找時(shí)間

發(fā)電機(jī)機(jī)端至定子繞組中性點(diǎn)之間構(gòu)成定子單相接地100%保護(hù)范圍。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，3UO電壓顯示為零（開(kāi)口三角形接線的三相繞組相電壓相量和為零）。故障發(fā)生時(shí)，切換返回屏定子電壓表查看3UO顯示的是機(jī)端YH高壓側(cè)即一次側(cè)實(shí)時(shí)測(cè)量值，如顯示7.99 kV，則表示7.99 kV/10 kV，即故障點(diǎn)大概在發(fā)電機(jī)機(jī)端往發(fā)電機(jī)定子繞組中性點(diǎn)方向的80%處。另外，故障發(fā)生時(shí)，機(jī)組保護(hù)裝置及故障錄波器記錄的零序電壓動(dòng)作值為機(jī)端YH二次換算值即開(kāi)口三角形連接的二次繞組連接的三相繞組相電壓UO為100/3 V，故3UO顯示應(yīng)為100 V，也可以作為判斷依據(jù)。通常由保護(hù)班整定：保護(hù)動(dòng)作出口最大零序電壓3UO整定值為100 V（金屬性接地），最小值為10 V。即3UO達(dá)到10 V時(shí)就會(huì)動(dòng)作發(fā)信，故10 V以上可初步判斷為發(fā)電機(jī)機(jī)端往定子繞組中性點(diǎn)方向90%范圍之間接地；若小于10 V則為發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)往定子繞組機(jī)端方向10%范圍之間接地，由于此范圍內(nèi)3 UO迅速降低，而三次諧波明顯增大，故采集3 W作為動(dòng)作量來(lái)消除死區(qū)；另外在設(shè)置保護(hù)范圍時(shí)3 UO、3 W結(jié)合部有重疊區(qū)，若接地故障點(diǎn)在此處，則3 UO、3 W會(huì)同時(shí)動(dòng)作。

5 故障發(fā)生時(shí)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急處置改進(jìn)建議

當(dāng)故障電流大于5 A時(shí)，且對(duì)地電容電流形成的電弧大小及作用時(shí)間足夠時(shí)，必然會(huì)造成發(fā)電機(jī)定子鐵心嚴(yán)重灼傷，磁場(chǎng)分布不均，定子形變和震動(dòng)加劇，最后發(fā)生兩點(diǎn)接地相間短路損壞發(fā)電機(jī)，造成無(wú)法修復(fù)機(jī)組報(bào)廢的嚴(yán)重后果，綜合經(jīng)濟(jì)損失將無(wú)法估量。

因此，故障發(fā)生后30 min內(nèi)的正確應(yīng)急處置是遏制事態(tài)發(fā)展的關(guān)鍵，為此建議故障發(fā)生時(shí)應(yīng)爭(zhēng)分奪秒采取更為簡(jiǎn)單直接、合理安全以及模式化的方式來(lái)處置此類故障，具體建議如下。（1）立即降低機(jī)組出力及電壓。（2）區(qū)分3UO、3W保護(hù)動(dòng)作情況，并通過(guò)切換定子電壓表測(cè)量三相電壓不平衡程度以及3UO大小來(lái)判斷接地性質(zhì)，縮小故障范圍。若確為金屬性接地，或故障點(diǎn)在發(fā)電機(jī)內(nèi)或風(fēng)洞口有焦味和煙氣時(shí)應(yīng)立即停機(jī)。（3）若為非金屬性接地時(shí)，運(yùn)行人員應(yīng)迅速查找故障點(diǎn)，可采用分路試?yán)ǎ合扰灾Ш笾骶€，先次要后主要，還應(yīng)全面考慮負(fù)荷分配及安全后果，且不得用隔離刀閘切除接地點(diǎn)（原則上應(yīng)積極申請(qǐng)調(diào)度倒換備用機(jī)組并盡快停運(yùn)故障機(jī)組。（4）查找接地點(diǎn)時(shí)，應(yīng)穿絕緣靴，不得碰觸設(shè)備外殼，并使用保安工具。（5）在查找故障前，應(yīng)首先排除機(jī)端YH故障（防止因機(jī)端YH高壓側(cè)一相或兩相熔斷器熔斷時(shí)造成的假接地）。

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)多次事故演練及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，采用上述改進(jìn)建議，不但能迅速判明故障性質(zhì)，縮小故障范圍，顯著減少應(yīng)急處置時(shí)間，還能有效防止人為原因造成的事故擴(kuò)大、定子燒損以及機(jī)組意外“非?！?，為該廠機(jī)組和陜南電網(wǎng)的長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了有力保障。

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