發(fā)電機定子接地保護動作分析及防范措施

1、發(fā)電機定子接地保護動作分析及防范措施結合公司三起發(fā)電機定子接地保護信號報警、動作跳閘事件,重點介紹事件處理情況，事件發(fā)生原因及分析和判斷，提出相應的防范措施和相關。發(fā)電機出現定子接地故障報警后，應根據現場保護及設備動作情況，及時分析原因，做出準確判斷，快速消除設備隱患，保障機組和電網安全運行。關鍵詞：定子接地 保護 三次諧波 措施一、前言發(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，接地電流經故障點、三相對地電容、三相定子繞組而構成通路。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，甚至擴大為相間或匝間短路。對于100MW及以上的發(fā)電機，特別是水內冷機組，考慮中

2、性點附近定子繞組可能漏水引起絕緣損壞，要求裝設保護區(qū)為100%、靈敏性高的定子接地保護。當電廠發(fā)電機定子接地保護動作時，現場運行及檢修人員應及時掌握發(fā)電機一次設備及保護動作信息，并立即進行分析、判斷和處理，確保機組安全穩(wěn)定運行。1、發(fā)電機定子接地電流允許值發(fā)電機額定電壓（KV）發(fā)電機額定容量（MW）接地電流允許值(A)6.350410.550100313.815.751252002（氫冷發(fā)電機允許2.5）18203001二、事件簡述事件1、2003年8月29日13時29分， #2發(fā)變組保護運行中突發(fā)“定子接地”信號光字牌，13時31分，發(fā)電機定子保護動作跳閘與系統(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”保護動作，汽機聯(lián)跳，爐MFT動作。事件3、2008年12月5日03時17分#1機G盤發(fā)“定子接地”報警，檢查發(fā)電機一、二次設備無明顯異常，核對發(fā)電機各一、二次電壓也未發(fā)現異常。三、事件處理情況事件1此次發(fā)電機解列，檢查為電廠發(fā)電機定子接地基波保護動作，這是公司發(fā)電機定子接地保護第一次動作。電氣人員在負責生產的領導現場指揮下，檢修運行人員分成兩批人員，按照發(fā)電機一、二次設備立即投入查找。繼電保護人員核對、校驗保護裝置定值正常，同時檢查發(fā)電機定子接地二次回路也正常；高壓、運行人員對發(fā)電機本體、機端、中性點及發(fā)電機封母、PT、CT、避雷器及其附

4、屬設備外觀進行了檢查，沒有發(fā)現明顯異常。為盡快找出設備故障原因，確認發(fā)電機能否及時恢復運行，電氣負責人員在沒有找出具體故障位置采取了以下檢測方法：利用勵磁調節(jié)器（型號：SWTA，上海華通開關廠）工頻柜，緩慢對發(fā)電機手動升壓至5KV(發(fā)電機出口額定電壓為20kV，)分別測量發(fā)電機電壓互感器(20/0.1kV)二次電壓，在發(fā)電機低電壓工況下，查找設備故障點。發(fā)電機各組PT的測量結果見表1：發(fā)電機出口側PT開口二次電壓：L622-B600=9V；發(fā)電機中性變壓器二次電壓：S601-B601=10V。表1：發(fā)電機各組PT二次電壓值發(fā)電機PT1YH2YH3YH中性點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)電機匝間保護專用發(fā)電機保護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繞組N600測量值從測量結果，可以初步判斷一次設備經過渡電阻接地。重新對所有發(fā)電機一次相關設備進行復查，在檢查發(fā)電機PT發(fā)現A相三組PT（在一個柜內）時，PT柜內存在異味,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。高壓電氣設備內部熱故障主要原因包括：設備發(fā)熱時間長而且較穩(wěn)定，與故障點周圍導體或絕緣材料發(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備的內部故障，故初步認為發(fā)電機A相3YH（勵磁專用）存在絕緣損壞故障。將故障PT拖出柜外后，再用勵磁調節(jié)器的手動調節(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)電機一次設備無異常后，將發(fā)電機電壓升至額定值20kV，于15時37分將#2機與系統(tǒng)并網。從發(fā)電機因保護跳閘到恢復并網整個處理過程約2個小時。事件2發(fā)電機保護動作時間在凌晨，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)電機本體、發(fā)電機機端、中性點、封母附近設備，測量發(fā)電機對地絕緣為0，最終發(fā)現在發(fā)電機機端出線處，勵端定子冷卻水回水信號管法蘭面滴水，落在

7、發(fā)電機出線盒上并滲入出線盒內部，導致發(fā)電機A相出線絕緣波紋板對地放電擊穿。發(fā)現故障點后，電氣專業(yè)立即組織人員對絕緣受損部位進行處理，并聯(lián)系汽機專業(yè)對勵端定子冷卻水回水信號管法蘭面進行緊固、消漏。用絕緣橡皮墊在法蘭下部，避免出現再次漏水影響。待運行做好安全措施后，打開發(fā)電機出線盒蓋板，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，恢復發(fā)電機出線盒蓋板、拆除安全措施。發(fā)電機轉熱備后，利用勵磁調節(jié)器C柜（型號：GEC-1，北京吉思電氣有限公司）緩慢升到發(fā)電機電壓到5kV后

8、，測量發(fā)電機PT二次電壓正常,并檢查發(fā)電機一次設備無異常后，將發(fā)電機電壓升至20kV，再次確認機組各參數正確無誤，各組PT開口3Uo正常，現場無放電聲音及冒火等異常后，按照正常并網步序將發(fā)電機并入系統(tǒng)。事件3#1機G屏突發(fā)“發(fā)電機定子接地”光字牌，檢查發(fā)變組保護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出口方式投信號）。檢修人員隨后對一二次設備進行了相關檢查未發(fā)現異常。由于一時未找到故障原因，發(fā)電機一直在運行，只能暫時加強對發(fā)電機機端、中性點等設備的巡視，加強對發(fā)電機電壓特別是零序電壓的監(jiān)視。繼電保護人員隨后對所有運行機組的發(fā)電機機端零序電壓（含三次諧波）、中性點開口電壓進行了

9、測量和分析，具體數據見表2。通過比較得出，#1發(fā)電機中性點的三次諧波電壓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)電機機端、中性點零序電壓機組機端零序基波電壓（V）機端零序三次諧波電壓（V）中性點開口三次諧波電壓（V）負荷（MW）#1機0.541.920.12260#2機0.291.773.05220#3機0.351.843.12210#4機0.291.893.15220隨后，用高壓驗電筆測量出中性點接地變壓器(變壓器變比為20/0.23KV)引出線有電，顯示值約為700V，即二次電壓應為3V左右。因此懷疑#1機發(fā)電機中性點接地變壓器或電阻可能出現故障。斷開中性點

10、隔離刀閘，確認定子接地三次諧波壓板退出，做好相應的安全隔離措施，發(fā)出#1機發(fā)電機中性點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)電阻進行檢查，未發(fā)現異常。進一步檢查發(fā)現接地變壓器二次線到接地電阻經隔板固定的接頭處有生銹松動現象（見故障點3），緊固連接螺栓后，將接地變壓器投入運行，測量中性點開口三次諧波電壓(S601對B601)有3V左右，此時發(fā)變組保護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)電機機端A相經過渡電阻Rf發(fā)生接地故障： （1）當Rf=，沒有發(fā)生接地故障時，發(fā)電機中性點O即為地電位（見圖1），3U0為發(fā)電機正常運行情況下的基波零序電壓值，接近于

11、0；（2）當Rf=0時，A相發(fā)生金屬性接地故障時，地電位即為A相機端，此時3U0=-EA =EA；式中EA為發(fā)電機A相電動勢，為故障點距中性點的距離（全繞組為100%）百分數，因為機端金屬性接地故障點，故=1。（3）當0<Rf<時，地電位G為AO為直徑的半圓上，Rf減小，G點沿圓弧逆時針旋轉；Rf增大，G點沿圓弧順時針旋轉3U0=1/3(UA+UB+UC) =1/3(AG+BG+CG)。公司發(fā)電機定子接地保護零序電壓取自機端三相電壓互感器的開口三角形繞組。正常運行時，機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數據）。當高壓側發(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，可能超過定子接地保護的動作電壓。發(fā)電機定子接地基波零序電壓保護定值為15V(發(fā)電機母線接地時PT開口三角電壓為100V),本例中發(fā)電機A相PT由于某種原因（如受潮、受熱）絕緣損壞，引起發(fā)電機一次A相不完全非金屬性接地(故障點1)時，3U0達到發(fā)電機定子接地基波動作定值，保護延時跳閘解列發(fā)電機。發(fā)電機PT第一個繞組1YH為發(fā)電機匝間保護專用PT，該PT一次中性點并沒有接地，而是與發(fā)電機中性點直接連接（見圖2）。本次發(fā)電機A相3YH PT定子不完全接地故障時，相當于一次系統(tǒng)出現了對地零序電壓3U0，發(fā)電機中性點電位相應升高到3U0，因此1YH開口三

13、角形繞組輸出應仍為0（即發(fā)電機匝間保護不會啟動），發(fā)電機各相電壓對本繞組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)電機定子接地保護接入的基波3U0電壓，取自機端PT開口三角繞組，基波保護范圍為由機端至機內85左右的定子繞組單相接地故障，與三次諧波保護合用，組成發(fā)電機的100定子接地保護。從本次發(fā)電機定子接地保護動作報告及發(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。定子接地保護動作時，基波開口三角電壓值3U0達52.34V，其零序電壓遠遠超過定子接地保護定值3U0=15V。同時表明本

14、次發(fā)電機定子接地基本上是金屬性接地。在發(fā)電機機端出線處，勵端定子冷卻水回水信號管法蘭面漏水，落在發(fā)電機出線盒上并滲入出線盒內部，造成發(fā)電機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備絕緣受損擊穿引起保護動作事件。事件3：發(fā)電機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)電機每相繞組的三次諧波電動勢。如圖3所示，假定發(fā)電機每相繞組對地電容Cg分成相等的兩部分，分別集中在發(fā)電機的中性點和機端側；將發(fā)電機端部引出線、升壓變壓器、廠用變壓器及電壓互感器等設備每相對地電容Cs也等效集中在機端。則：（1）發(fā)

15、電機中性點絕緣時，發(fā)電機正常運行時機端與中性點三次諧波電壓之比為：US3/UN3=Cg/(Cg+2Cs)<1；（Zn=，相當于斷開）（2）發(fā)電機經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，但一般認為Cg、Cs、Zn現場值是基本不變的，則 US3/UN3的比值也就確定下來。（3）不論發(fā)電機中性點是否接有消弧線圈，當距發(fā)電機中性點處發(fā)生定子繞組單相接地時，中性點N與機端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)電機定子接地100%保護，當發(fā)電機中性點附近發(fā)生接地時，三次諧波

16、保護具有較高的靈敏度。公司300MW機組發(fā)電機中性點經配電變壓器接地，并網前（發(fā)電機空載試驗）與并網后測得的三次諧波US3/UN3的比值在0.60.75范圍內，定值整定為0.9左右，（廠家按照1.2倍可靠系數進行整定調試）。從發(fā)電機正常運行時，US3/UN3的比值也基本在0.60.75附近波動。本例中發(fā)電機雖沒有發(fā)生中性點接地故障，但因中性點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)變組微機保護采集的數值很小），導致US3/UN3的比值大大超過0.9，最終造成發(fā)電機定子接地三次諧波保護動作。五、防范措施 1、事件1發(fā)生后對絕緣受損的發(fā)電機A相PT（3YH）進行倍頻感應耐

17、壓等試驗，發(fā)現PT泄漏電流嚴重超標。機組停運后，對其它幾組PT也進行了相應的試驗測試，發(fā)現也有不同程度的泄漏。主要原因為該類PT為分級絕緣型，且PT安裝在機0米層，設備絕緣極易受潮損壞。為消除設備隱患，保障主機安全穩(wěn)定運行，結合機組檢修將所有分級絕緣的PT更換為全絕緣型PT。并加強發(fā)電機PT的巡檢和定期工作，定期測量發(fā)電機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入隔柵通風口的措施，針對發(fā)電機出線箱A相出線支撐絕緣波紋板受電弧灼傷，在機組檢修時作了進一步處理，更換A相絕緣波紋板。加強其它機組該部位的重點檢查，確保回水管絕緣墊材質，保證機組安

18、全運行；汽機專業(yè)全面梳理機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；運行人員在發(fā)電機負荷變化大時控制好運行操作方式，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，嚴防定冷水溫度及壓力的異常波動引起法蘭漏水現象的再次發(fā)生。高電壓規(guī)程要求發(fā)電機出線箱隔柵處設有通風口，事件發(fā)生后，要求設備管理人員不能生搬硬套規(guī)程規(guī)定，而應結合現場的實際，靈活應用落實反措，從而最大程度保證主設備的安全運行。除采取上述措施外:現場要求照明充足便于人員巡檢，及時發(fā)現設備缺陷，杜絕事故隱患。3、事件事3反映出定期試驗及檢定工作中存在一定死角。定期工作中應牢記定期試驗、檢定的三要素：“測絕緣、清灰

19、、緊固端子”，對于發(fā)電機中性點經配電變壓器接地，除按常規(guī)做定期試驗檢查外，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項目；同時要加強設備巡檢，如對發(fā)變組保護點檢工作時，應特別觀察記錄機組不同運行工況下通道參數的變化和比較，一旦發(fā)現異常及時消除。另一方面要加強繼電保護人員和運行人員綜合素質，提高設備故障時的處理能力。六、結論及建議1、發(fā)電機發(fā)生故障，伴隨保護故障報警和跳閘時，應因根據當時故障信號和保護動作情況，按照相關規(guī)程要求，靈活應用，并指定一位熟悉電氣人員統(tǒng)一指揮，迅速判斷設備故障是一次設備還是二次設備造成，然后按照一、二次設備分別進行檢查隔離。同時及時打印保護動作、錄波器報告進行分析，逐一對發(fā)電機相關設備進行排查，切不可慌亂。2、若機組故障可及時消除，相應保持機組恒速，以方便機組并網；若故障一時不能排除，機組應及時進行停運處理。電氣人員應加強對發(fā)電機相關設備技術監(jiān)督和定期工作，掌握同類型機組的故障處理方法，制定相應的防范措施，對存在隱患的設備堅決進行整治和消除，全面提高發(fā)電機安全運行水平。3、建議發(fā)電機G盤加裝發(fā)電機相對地電壓監(jiān)視儀表，便于發(fā)電機定子接地故障時觀察發(fā)電機各