發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動作分析及防范措施

1、發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動作分析及防范措施結(jié)合公司三起發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)信號報警、動作跳閘事件,重點(diǎn)介紹事件處理情況，事件發(fā)生原因及分析和判斷，提出相應(yīng)的防范措施和相關(guān)。發(fā)電機(jī)出現(xiàn)定子接地故障報警后，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場保護(hù)及設(shè)備動作情況，及時分析原因，做出準(zhǔn)確判斷，快速消除設(shè)備隱患，保障機(jī)組和電網(wǎng)安全運(yùn)行。關(guān)鍵詞：定子接地 保護(hù) 三次諧波 措施一、前言發(fā)電機(jī)定子接地故障是最常見的發(fā)電機(jī)故障。發(fā)電機(jī)定子接地后，接地電流經(jīng)故障點(diǎn)、三相對地電容、三相定子繞組而構(gòu)成通路。當(dāng)接地電流較大時，能在故障點(diǎn)引起電弧，造成定子繞組和定子鐵芯燒傷，甚至擴(kuò)大為相間或匝間短路。對于100MW及以上的發(fā)電機(jī)，特別是水內(nèi)冷機(jī)組，考慮中

2、性點(diǎn)附近定子繞組可能漏水引起絕緣損壞，要求裝設(shè)保護(hù)區(qū)為100%、靈敏性高的定子接地保護(hù)。當(dāng)電廠發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動作時，現(xiàn)場運(yùn)行及檢修人員應(yīng)及時掌握發(fā)電機(jī)一次設(shè)備及保護(hù)動作信息，并立即進(jìn)行分析、判斷和處理，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。1、發(fā)電機(jī)定子接地電流允許值發(fā)電機(jī)額定電壓（KV）發(fā)電機(jī)額定容量（MW）接地電流允許值(A)6.350410.550100313.815.751252002（氫冷發(fā)電機(jī)允許2.5）18203001二、事件簡述事件1、2003年8月29日13時29分， #2發(fā)變組保護(hù)運(yùn)行中突發(fā)“定子接地”信號光字牌，13時31分，發(fā)電機(jī)定子保護(hù)動作跳閘與系統(tǒng)解列。事件2、2008年03月

3、01日01時56分，#1發(fā)變組突然跳閘，首出“定子接地”保護(hù)動作，汽機(jī)聯(lián)跳，爐MFT動作。事件3、2008年12月5日03時17分#1機(jī)G盤發(fā)“定子接地”報警，檢查發(fā)電機(jī)一、二次設(shè)備無明顯異常，核對發(fā)電機(jī)各一、二次電壓也未發(fā)現(xiàn)異常。三、事件處理情況事件1此次發(fā)電機(jī)解列，檢查為電廠發(fā)電機(jī)定子接地基波保護(hù)動作，這是公司發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)第一次動作。電氣人員在負(fù)責(zé)生產(chǎn)的領(lǐng)導(dǎo)現(xiàn)場指揮下，檢修運(yùn)行人員分成兩批人員，按照發(fā)電機(jī)一、二次設(shè)備立即投入查找。繼電保護(hù)人員核對、校驗(yàn)保護(hù)裝置定值正常，同時檢查發(fā)電機(jī)定子接地二次回路也正常；高壓、運(yùn)行人員對發(fā)電機(jī)本體、機(jī)端、中性點(diǎn)及發(fā)電機(jī)封母、PT、CT、避雷器及其附

4、屬設(shè)備外觀進(jìn)行了檢查，沒有發(fā)現(xiàn)明顯異常。為盡快找出設(shè)備故障原因，確認(rèn)發(fā)電機(jī)能否及時恢復(fù)運(yùn)行，電氣負(fù)責(zé)人員在沒有找出具體故障位置采取了以下檢測方法：利用勵磁調(diào)節(jié)器（型號：SWTA，上海華通開關(guān)廠）工頻柜，緩慢對發(fā)電機(jī)手動升壓至5KV(發(fā)電機(jī)出口額定電壓為20kV，)分別測量發(fā)電機(jī)電壓互感器(20/0.1kV)二次電壓，在發(fā)電機(jī)低電壓工況下，查找設(shè)備故障點(diǎn)。發(fā)電機(jī)各組PT的測量結(jié)果見表1：發(fā)電機(jī)出口側(cè)PT開口二次電壓：L622-B600=9V；發(fā)電機(jī)中性變壓器二次電壓：S601-B601=10V。表1：發(fā)電機(jī)各組PT二次電壓值發(fā)電機(jī)PT1YH2YH3YH中性點(diǎn)PTA相（V）14.311.211.2

5、/B相（V）14.314.314.3/C相（V）14.31818/開口（V）0.19/10用途發(fā)電機(jī)匝間保護(hù)專用發(fā)電機(jī)保護(hù)及測量勵磁專用定子接地（三次諧波）注：A、B、C單相電壓均為對相應(yīng)繞組N600測量值從測量結(jié)果，可以初步判斷一次設(shè)備經(jīng)過渡電阻接地。重新對所有發(fā)電機(jī)一次相關(guān)設(shè)備進(jìn)行復(fù)查，在檢查發(fā)電機(jī)PT發(fā)現(xiàn)A相三組PT（在一個柜內(nèi)）時，PT柜內(nèi)存在異味,用測溫儀測量A相3YH PT線圈外殼及鐵芯，溫度明顯比1YH、2YH高出10左右。高壓電氣設(shè)備內(nèi)部熱故障主要原因包括：設(shè)備發(fā)熱時間長而且較穩(wěn)定，與故障點(diǎn)周圍導(dǎo)體或絕緣材料發(fā)生熱量傳遞，使局部溫度升高，破壞了密封的絕緣材料或金屬外殼。通過檢測

6、其周圍材料的溫升來判別高壓電氣設(shè)備的內(nèi)部故障，故初步認(rèn)為發(fā)電機(jī)A相3YH（勵磁專用）存在絕緣損壞故障。將故障PT拖出柜外后，再用勵磁調(diào)節(jié)器的手動調(diào)節(jié)方式緩慢升壓到5kV,測量其余各組PT二次電壓正常,并檢查發(fā)電機(jī)一次設(shè)備無異常后，將發(fā)電機(jī)電壓升至額定值20kV，于15時37分將#2機(jī)與系統(tǒng)并網(wǎng)。從發(fā)電機(jī)因保護(hù)跳閘到恢復(fù)并網(wǎng)整個處理過程約2個小時。事件2發(fā)電機(jī)保護(hù)動作時間在凌晨，時間較為特殊。電氣值班人員接到電話后，首先檢查發(fā)變組及錄波器的報告，并立即派人檢查發(fā)電機(jī)本體、發(fā)電機(jī)機(jī)端、中性點(diǎn)、封母附近設(shè)備，測量發(fā)電機(jī)對地絕緣為0，最終發(fā)現(xiàn)在發(fā)電機(jī)機(jī)端出線處，勵端定子冷卻水回水信號管法蘭面滴水，落在

7、發(fā)電機(jī)出線盒上并滲入出線盒內(nèi)部，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)A相出線絕緣波紋板對地放電擊穿。發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)后，電氣專業(yè)立即組織人員對絕緣受損部位進(jìn)行處理，并聯(lián)系汽機(jī)專業(yè)對勵端定子冷卻水回水信號管法蘭面進(jìn)行緊固、消漏。用絕緣橡皮墊在法蘭下部，避免出現(xiàn)再次漏水影響。待運(yùn)行做好安全措施后，打開發(fā)電機(jī)出線盒蓋板，用干抹布清除積水，并用酒精清理A相出線絕緣波紋板的電弧灼傷部位，清除灼傷部位碳化物，并涂刷絕緣清漆以填平灼傷部位。處理完畢后，搖測對地絕緣值由處理前的零升至20G，絕緣合格后，恢復(fù)發(fā)電機(jī)出線盒蓋板、拆除安全措施。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)熱備后，利用勵磁調(diào)節(jié)器C柜（型號：GEC-1，北京吉思電氣有限公司）緩慢升到發(fā)電機(jī)電壓到5kV后

8、，測量發(fā)電機(jī)PT二次電壓正常,并檢查發(fā)電機(jī)一次設(shè)備無異常后，將發(fā)電機(jī)電壓升至20kV，再次確認(rèn)機(jī)組各參數(shù)正確無誤，各組PT開口3Uo正常，現(xiàn)場無放電聲音及冒火等異常后，按照正常并網(wǎng)步序?qū)l(fā)電機(jī)并入系統(tǒng)。事件3#1機(jī)G屏突發(fā)“發(fā)電機(jī)定子接地”光字牌，檢查發(fā)變組保護(hù)A、B屏“定子接地3”信號報警燈均亮（定子接地三次諧波保護(hù)出口方式投信號）。檢修人員隨后對一二次設(shè)備進(jìn)行了相關(guān)檢查未發(fā)現(xiàn)異常。由于一時未找到故障原因，發(fā)電機(jī)一直在運(yùn)行，只能暫時加強(qiáng)對發(fā)電機(jī)機(jī)端、中性點(diǎn)等設(shè)備的巡視，加強(qiáng)對發(fā)電機(jī)電壓特別是零序電壓的監(jiān)視。繼電保護(hù)人員隨后對所有運(yùn)行機(jī)組的發(fā)電機(jī)機(jī)端零序電壓（含三次諧波）、中性點(diǎn)開口電壓進(jìn)行了

9、測量和分析，具體數(shù)據(jù)見表2。通過比較得出，#1發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的三次諧波電壓S601對地有3V左右，但與B601之間電壓卻只有0.1V左右。表2：發(fā)電機(jī)機(jī)端、中性點(diǎn)零序電壓機(jī)組機(jī)端零序基波電壓（V）機(jī)端零序三次諧波電壓（V）中性點(diǎn)開口三次諧波電壓（V）負(fù)荷（MW）#1機(jī)0.541.920.12260#2機(jī)0.291.773.05220#3機(jī)0.351.843.12210#4機(jī)0.291.893.15220隨后，用高壓驗(yàn)電筆測量出中性點(diǎn)接地變壓器(變壓器變比為20/0.23KV)引出線有電，顯示值約為700V，即二次電壓應(yīng)為3V左右。因此懷疑#1機(jī)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地變壓器或電阻可能出現(xiàn)故障。斷開中性點(diǎn)

10、隔離刀閘，確認(rèn)定子接地三次諧波壓板退出，做好相應(yīng)的安全隔離措施，發(fā)出#1機(jī)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地變壓器及回路檢查電二種票。電氣檢查人員對接地變壓器及并聯(lián)電阻進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)接地變壓器二次線到接地電阻經(jīng)隔板固定的接頭處有生銹松動現(xiàn)象（見故障點(diǎn)3），緊固連接螺栓后，將接地變壓器投入運(yùn)行，測量中性點(diǎn)開口三次諧波電壓(S601對B601)有3V左右，此時發(fā)變組保護(hù)A、B屏定子接地三次諧波報警信號已消失。四、事件分析事件1：發(fā)電機(jī)機(jī)端A相經(jīng)過渡電阻Rf發(fā)生接地故障： （1）當(dāng)Rf=，沒有發(fā)生接地故障時，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)O即為地電位（見圖1），3U0為發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行情況下的基波零序電壓值，接近于

11、0；（2）當(dāng)Rf=0時，A相發(fā)生金屬性接地故障時，地電位即為A相機(jī)端，此時3U0=-EA =EA；式中EA為發(fā)電機(jī)A相電動勢，為故障點(diǎn)距中性點(diǎn)的距離（全繞組為100%）百分?jǐn)?shù)，因?yàn)闄C(jī)端金屬性接地故障點(diǎn)，故=1。（3）當(dāng)0<Rf<時，地電位G為AO為直徑的半圓上，Rf減小，G點(diǎn)沿圓弧逆時針旋轉(zhuǎn)；Rf增大，G點(diǎn)沿圓弧順時針旋轉(zhuǎn)3U0=1/3(UA+UB+UC) =1/3(AG+BG+CG)。公司發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)零序電壓取自機(jī)端三相電壓互感器的開口三角形繞組。正常運(yùn)行時，機(jī)端開口三角不平衡電壓有基波和三次諧波，其中以三次諧波為主（可參考表2數(shù)據(jù)）。當(dāng)高壓側(cè)發(fā)生接地故障時，高壓系統(tǒng)中的零

12、序電壓通過變壓器高、低繞組間的電容耦合傳給發(fā)電機(jī)，可能超過定子接地保護(hù)的動作電壓。發(fā)電機(jī)定子接地基波零序電壓保護(hù)定值為15V(發(fā)電機(jī)母線接地時PT開口三角電壓為100V),本例中發(fā)電機(jī)A相PT由于某種原因（如受潮、受熱）絕緣損壞，引起發(fā)電機(jī)一次A相不完全非金屬性接地(故障點(diǎn)1)時，3U0達(dá)到發(fā)電機(jī)定子接地基波動作定值，保護(hù)延時跳閘解列發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)PT第一個繞組1YH為發(fā)電機(jī)匝間保護(hù)專用PT，該P(yáng)T一次中性點(diǎn)并沒有接地，而是與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)直接連接（見圖2）。本次發(fā)電機(jī)A相3YH PT定子不完全接地故障時，相當(dāng)于一次系統(tǒng)出現(xiàn)了對地零序電壓3U0，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電位相應(yīng)升高到3U0，因此1YH開口三

13、角形繞組輸出應(yīng)仍為0（即發(fā)電機(jī)匝間保護(hù)不會啟動），發(fā)電機(jī)各相電壓對本繞組N600的電壓也維持對稱，即1YH測量A、B、C三相對本身繞組的N600電壓幅值相等。事件2：發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)接入的基波3U0電壓，取自機(jī)端PT開口三角繞組，基波保護(hù)范圍為由機(jī)端至機(jī)內(nèi)85左右的定子繞組單相接地故障，與三次諧波保護(hù)合用，組成發(fā)電機(jī)的100定子接地保護(hù)。從本次發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動作報告及發(fā)變組故障錄波器事故報告顯示，A相絕緣受潮損壞，支撐絕緣波紋板絕緣瞬時擊穿至零序電壓突增至26.13V。定子接地保護(hù)動作時，基波開口三角電壓值3U0達(dá)52.34V，其零序電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過定子接地保護(hù)定值3U0=15V。同時表明本

14、次發(fā)電機(jī)定子接地基本上是金屬性接地。在發(fā)電機(jī)機(jī)端出線處，勵端定子冷卻水回水信號管法蘭面漏水，落在發(fā)電機(jī)出線盒上并滲入出線盒內(nèi)部，造成發(fā)電機(jī)A相出線支撐絕緣波紋板絕緣降低對地放電擊穿。因此這是一起典型的一次設(shè)備絕緣受損擊穿引起保護(hù)動作事件。事件3：發(fā)電機(jī)氣隙磁通密度的非正弦分布和鐵芯飽和的影響，其定子繞組中的感應(yīng)電動勢除基波外，還含有三、五、七次等高次諧波，以E3表示發(fā)電機(jī)每相繞組的三次諧波電動勢。如圖3所示，假定發(fā)電機(jī)每相繞組對地電容Cg分成相等的兩部分，分別集中在發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)和機(jī)端側(cè)；將發(fā)電機(jī)端部引出線、升壓變壓器、廠用變壓器及電壓互感器等設(shè)備每相對地電容Cs也等效集中在機(jī)端。則：（1）發(fā)

15、電機(jī)中性點(diǎn)絕緣時，發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時機(jī)端與中性點(diǎn)三次諧波電壓之比為：US3/UN3=Cg/(Cg+2Cs)<1；（Zn=，相當(dāng)于斷開）（2）發(fā)電機(jī)經(jīng)配電變壓器高阻接地時，US3/UN3= ZS3/ZN3=d， Zn大小不同，則比值d也不相同，但一般認(rèn)為Cg、Cs、Zn現(xiàn)場值是基本不變的，則 US3/UN3的比值也就確定下來。（3）不論發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)是否接有消弧線圈，當(dāng)距發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)處發(fā)生定子繞組單相接地時，中性點(diǎn)N與機(jī)端S處的三次諧波電壓恒為：UN3=E3 US3 =(1-)E3見圖4.選用US3動作量，UN3作為制動量，組成發(fā)電機(jī)定子接地100%保護(hù)，當(dāng)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)附近發(fā)生接地時，三次諧波

16、保護(hù)具有較高的靈敏度。公司300MW機(jī)組發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)配電變壓器接地，并網(wǎng)前（發(fā)電機(jī)空載試驗(yàn)）與并網(wǎng)后測得的三次諧波US3/UN3的比值在0.60.75范圍內(nèi)，定值整定為0.9左右，（廠家按照1.2倍可靠系數(shù)進(jìn)行整定調(diào)試）。從發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時，US3/UN3的比值也基本在0.60.75附近波動。本例中發(fā)電機(jī)雖沒有發(fā)生中性點(diǎn)接地故障，但因中性點(diǎn)接地變壓器引出線松動，制動電壓Un3為懸浮電位，制動量電壓丟失（發(fā)變組微機(jī)保護(hù)采集的數(shù)值很?。?，導(dǎo)致US3/UN3的比值大大超過0.9，最終造成發(fā)電機(jī)定子接地三次諧波保護(hù)動作。五、防范措施 1、事件1發(fā)生后對絕緣受損的發(fā)電機(jī)A相PT（3YH）進(jìn)行倍頻感應(yīng)耐

17、壓等試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)PT泄漏電流嚴(yán)重超標(biāo)。機(jī)組停運(yùn)后，對其它幾組PT也進(jìn)行了相應(yīng)的試驗(yàn)測試，發(fā)現(xiàn)也有不同程度的泄漏。主要原因?yàn)樵擃怭T為分級絕緣型，且PT安裝在機(jī)0米層，設(shè)備絕緣極易受潮損壞。為消除設(shè)備隱患，保障主機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，結(jié)合機(jī)組檢修將所有分級絕緣的PT更換為全絕緣型PT。并加強(qiáng)發(fā)電機(jī)PT的巡檢和定期工作，定期測量發(fā)電機(jī)PT的溫度、濕度等。2、事件2發(fā)生后，各專業(yè)采取了以下措施：電氣專業(yè)完善了防止定冷水或其它水源進(jìn)入隔柵通風(fēng)口的措施，針對發(fā)電機(jī)出線箱A相出線支撐絕緣波紋板受電弧灼傷，在機(jī)組檢修時作了進(jìn)一步處理，更換A相絕緣波紋板。加強(qiáng)其它機(jī)組該部位的重點(diǎn)檢查，確?；厮芙^緣墊材質(zhì)，保證機(jī)組安

18、全運(yùn)行；汽機(jī)專業(yè)全面梳理機(jī)組勵端定子冷卻水回水信號管法蘭是否緊固，是否存在可能漏水缺陷；運(yùn)行人員在發(fā)電機(jī)負(fù)荷變化大時控制好運(yùn)行操作方式，特別是在氣溫、壓力急劇變化情況下注意定冷水系統(tǒng)的檢查，嚴(yán)防定冷水溫度及壓力的異常波動引起法蘭漏水現(xiàn)象的再次發(fā)生。高電壓規(guī)程要求發(fā)電機(jī)出線箱隔柵處設(shè)有通風(fēng)口，事件發(fā)生后，要求設(shè)備管理人員不能生搬硬套規(guī)程規(guī)定，而應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際，靈活應(yīng)用落實(shí)反措，從而最大程度保證主設(shè)備的安全運(yùn)行。除采取上述措施外:現(xiàn)場要求照明充足便于人員巡檢，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，杜絕事故隱患。3、事件事3反映出定期試驗(yàn)及檢定工作中存在一定死角。定期工作中應(yīng)牢記定期試驗(yàn)、檢定的三要素：“測絕緣、清灰

19、、緊固端子”，對于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)配電變壓器接地，除按常規(guī)做定期試驗(yàn)檢查外，不能遺漏接地變壓器及其副方并接電阻的塵土和污垢清掃及連接端子緊固等檢驗(yàn)項(xiàng)目；同時要加強(qiáng)設(shè)備巡檢，如對發(fā)變組保護(hù)點(diǎn)檢工作時，應(yīng)特別觀察記錄機(jī)組不同運(yùn)行工況下通道參數(shù)的變化和比較，一旦發(fā)現(xiàn)異常及時消除。另一方面要加強(qiáng)繼電保護(hù)人員和運(yùn)行人員綜合素質(zhì)，提高設(shè)備故障時的處理能力。六、結(jié)論及建議1、發(fā)電機(jī)發(fā)生故障，伴隨保護(hù)故障報警和跳閘時，應(yīng)因根據(jù)當(dāng)時故障信號和保護(hù)動作情況，按照相關(guān)規(guī)程要求，靈活應(yīng)用，并指定一位熟悉電氣人員統(tǒng)一指揮，迅速判斷設(shè)備故障是一次設(shè)備還是二次設(shè)備造成，然后按照一、二次設(shè)備分別進(jìn)行檢查隔離。同時及時打印保護(hù)動作、錄波器報告進(jìn)行分析，逐一對發(fā)電機(jī)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行排查，切不可慌亂。2、若機(jī)組故障可及時消除，相應(yīng)保持機(jī)組恒速，以方便機(jī)組并網(wǎng)；若故障一時不能排除，機(jī)組應(yīng)及時進(jìn)行停運(yùn)處理。電氣人員應(yīng)加強(qiáng)對發(fā)電機(jī)相關(guān)設(shè)備技術(shù)監(jiān)督和定期工作，掌握同類型機(jī)組的故障處理方法，制定相應(yīng)的防范措施，對存在隱患的設(shè)備堅(jiān)決進(jìn)行整治和消除，全面提高發(fā)電機(jī)安全運(yùn)行水平。3、建議發(fā)電機(jī)G盤加裝發(fā)電機(jī)相對地電壓監(jiān)視儀表，便于發(fā)電機(jī)定子接地故障時觀察發(fā)電機(jī)各