戚彥玉，蘆玉柱，馬 偉

（酒鋼集團(tuán)公司能源中心，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

引言

某發(fā)電廠300 MW 發(fā)電機(jī)型號(hào)為QFSN-300-2型三相隱極式同步發(fā)電機(jī)。該發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)三組電壓互感器(簡稱TV)，主要是為發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)、自動(dòng)裝置、勵(lì)磁控制回路提供發(fā)電機(jī)電壓信號(hào)。

2017年4月該發(fā)電廠正常運(yùn)行時(shí)發(fā)生發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動(dòng)作，造成機(jī)組跳閘事件。檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)出口1TV C 相電壓互感器本體有裂紋，進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)判斷互感器內(nèi)部匝間短路。由于發(fā)電機(jī)出口電壓互感器故障現(xiàn)象與定子繞組的接地故障現(xiàn)象相類似，故障引起發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)及機(jī)端的電壓偏移，當(dāng)達(dá)到發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動(dòng)作值時(shí)，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動(dòng)作跳閘。

2 保護(hù)邏輯及動(dòng)作分析

2.1 保護(hù)原理

該電廠發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)以零序基波電壓和三次諧波電壓作為判定條件，并帶延時(shí)動(dòng)作于全停。基于基波零序電壓原理的定子接地保護(hù)以零序基波電壓為判定條件，在保護(hù)區(qū)內(nèi)有較高的靈敏度，但在接近中性點(diǎn)處存在死區(qū)；基于零序三次諧波電壓原理的定子接地保護(hù)以三次諧波電壓作為判定條件，能消除零序基波電壓原理定子繞組接地保護(hù)在中性點(diǎn)附近的保護(hù)死區(qū)，兩種保護(hù)相結(jié)合能實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)100%定子接地保護(hù)。發(fā)電機(jī)定子繞組和電壓回路的絕緣應(yīng)由位于發(fā)電機(jī)引出線的零序電壓表來監(jiān)視和監(jiān)測。見圖1。

圖1 發(fā)電機(jī)3U0定子接地保護(hù)邏輯圖

2.2 定子接地保護(hù)定值

定值名稱、符號(hào)和定值

機(jī)端零序電壓：3U0g1,10 V；

中性點(diǎn)零序電壓：3U0g1n，10 V；

延時(shí)：t11，1.5 s。

2.3 保護(hù)動(dòng)作記錄

現(xiàn)將該電廠2017 年4 月發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動(dòng)作記錄說明如下：

17:03:32 發(fā)變組故障錄波器啟動(dòng)，發(fā)電機(jī)出口二次電壓Ua突降至56.60 V，Ub突增至60.33 V，Uc突降至55.82 V，機(jī)端零序電壓突增至4.2 V。發(fā)電機(jī)機(jī) 端 電 壓Uab由19.88 kV 增 至19.93 kV，Ubc由19.86 kV 增至20.09 kV，Uac由19.87 kV 降至19.58 kV。

17:06:06.999 發(fā)變組保護(hù)B 柜發(fā)TV 斷線信號(hào)，故障報(bào)文為機(jī)端零序電壓3U0t=12.9089 V，中性點(diǎn)零序電壓3U0n=8.0137 V。

17:06:12.564 發(fā)變組保護(hù)B 柜故障報(bào)文為機(jī)端零序電壓3U0t=16.056 V，中性點(diǎn)零序電壓3U0n=9.9682 V，TV斷線信號(hào)返回。

17:06:14.637 發(fā)變組保護(hù)B 柜定子接地3U0保護(hù)動(dòng)作，新#3發(fā)電機(jī)跳閘，汽輪機(jī)跳閘，鍋爐MFT 動(dòng)作，廠用電源切換成功。保護(hù)裝置動(dòng)作報(bào)文為：機(jī)端零序電壓3U0t=19.8511 V，中性點(diǎn)零序電壓3U0n=12.3179 V。

17:06:14.669 發(fā)變組保護(hù)A 柜定子接地3U0保護(hù)動(dòng)作。動(dòng)作報(bào)文為：機(jī)端零序電壓3U0t=17.0279 V，中性點(diǎn)零序電壓3U0n=12.3037 V。

發(fā)電機(jī)故障有關(guān)電氣量參數(shù)見表1。

表1 發(fā)電機(jī)故障前及故障時(shí)有關(guān)電氣量參數(shù)（電流、電壓均為二次值）

調(diào)閱新#3 發(fā)變組故障錄波器報(bào)文，保護(hù)跳閘時(shí)發(fā)電機(jī)出口二次電壓Ua=56.605 V，Ub=60.326 V，Uc=55.822 V，三相一次對(duì)地電壓不平衡，機(jī)端零序電壓3U0t、中性點(diǎn)零序電壓3U0n均達(dá)到動(dòng)作值，發(fā)變組保護(hù)定子接地3U0保護(hù)動(dòng)作。

發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)定值為3U0t=10 V，3U0n=10 V，延時(shí)t=1.5 s。故障時(shí)機(jī)端零序電壓3U0t=19.8511 V，中性點(diǎn)零序電壓3U0n=12.3179 V，均達(dá)到動(dòng)作值，發(fā)變組保護(hù)定子接地3U0保護(hù)動(dòng)作正確。

3 原因分析

檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)出口1TV C相電壓互感器有異味，外殼有裂紋，測量發(fā)電機(jī)1TV 三相阻值偏差大（A 相為1956 Ω，B 相1962 Ω，C 相為1762 Ω），1TV C相電壓互感器內(nèi)部匝間短路，造成發(fā)電機(jī)定子C 相二次電壓降低，B 相二次電壓升高，零序電壓突增，達(dá)到發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)3U0動(dòng)作值，發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組跳閘。

圖2 發(fā)電機(jī)出口電壓互感器接線圖

查閱發(fā)電機(jī)故障錄波器數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端TV一次繞組發(fā)生匝間短路時(shí)，故障相對(duì)地等效阻抗減小，其他兩相對(duì)地阻抗不變，定子三相對(duì)地阻抗不平衡，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)三相一次對(duì)地電壓不平衡，產(chǎn)生機(jī)端對(duì)地零序電壓和中性點(diǎn)對(duì)地零序電壓達(dá)到發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動(dòng)作值。

專業(yè)技術(shù)人員分析得出發(fā)電機(jī)出口TV 存在設(shè)備問題，繞組分布不均，環(huán)氧樹脂間有氣隙存在。隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，局部放電量逐步增大,導(dǎo)致絕緣擊穿發(fā)生一次側(cè)匝間短路，短路點(diǎn)逐漸發(fā)熱，絕緣情況進(jìn)一步惡化，短路可能性上升，最終造成電壓互感器出現(xiàn)裂紋，環(huán)氧樹脂熔化滲出。

此次事件同時(shí)暴露出該電廠技術(shù)人員對(duì)發(fā)電機(jī)出口電壓互感器重視程度不足，對(duì)重要電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn)沒有進(jìn)行劣化分析，未根據(jù)現(xiàn)場設(shè)備實(shí)際運(yùn)行情況縮短預(yù)防性試驗(yàn)周期，對(duì)發(fā)電機(jī)出口電壓互感器預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目和周期執(zhí)行不到位。

4 控制措施

通過對(duì)以上設(shè)備故障的查找和原因分析，制定防止發(fā)電機(jī)出口電壓互感器本體故障的控制措施，對(duì)重要電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)周期進(jìn)行完善，避免此類問題的再次發(fā)生。

（1）對(duì)發(fā)電機(jī)1TV 電壓互感器進(jìn)行整組更換，同時(shí)采購運(yùn)行10 年以上的發(fā)電機(jī)出口電壓互感器備件，嚴(yán)把設(shè)備選型和驗(yàn)收質(zhì)量關(guān)，安裝前嚴(yán)格按照預(yù)防性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)周期和項(xiàng)目進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，對(duì)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問題或有劣化趨勢(shì)的進(jìn)行更換。

（2）對(duì)發(fā)電機(jī)電壓互感器預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目及周期進(jìn)行確認(rèn)及監(jiān)督執(zhí)行，生產(chǎn)、檢修各級(jí)技術(shù)人員對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)和項(xiàng)目進(jìn)行分級(jí)確認(rèn)，杜絕試驗(yàn)項(xiàng)目不全或周期超限的事件發(fā)生。

（3）對(duì)發(fā)電機(jī)定子接地事故處理程序卡內(nèi)容進(jìn)行修改，制定詳細(xì)的事故現(xiàn)象判斷和事故處理措施，下發(fā)至生產(chǎn)、檢修崗位人員學(xué)習(xí)并執(zhí)行。在DCS畫面增加發(fā)電機(jī)1TV 出口電壓三相偏差報(bào)警信號(hào)，當(dāng)出口電壓三相偏差大于0.2 kV 時(shí)發(fā)報(bào)警信號(hào)，同時(shí)通知專業(yè)技術(shù)人員到場處理，便于設(shè)備參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)處理。

（4）對(duì)其余發(fā)電機(jī)出口TV 二次回路負(fù)載進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，每年機(jī)組檢修前進(jìn)行TV 二次回路負(fù)載測試，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析出電壓互感器二次側(cè)有無過載現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

5 結(jié)束語

發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)電壓互感器故障發(fā)生定子接地保護(hù)動(dòng)作的現(xiàn)象，會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)設(shè)備、電網(wǎng)系統(tǒng)以及人身安全造成較大影響，有效避免運(yùn)行機(jī)組發(fā)生發(fā)電機(jī)電壓互感器故障是專業(yè)技術(shù)人員必須面臨和解決的技術(shù)問題。一方面從電壓互感器的選型以及一、二次回路檢查進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān)和監(jiān)督執(zhí)行；另一方面要對(duì)電壓互感器進(jìn)行全面檢查和定期的預(yù)防性試驗(yàn)，杜絕可能存在的隱患，滿足生產(chǎn)現(xiàn)場的設(shè)備性能要求。