1 000 MW機組定子接地事故分析與處理

鄭華杰，張國民，王 煥（.臺州臨港熱電有限公司，浙江 臺州 3706；.浙江華業電力工程股份有限公司，浙江 寧波 35800）

1 000 MW機組定子接地事故分析與處理

鄭華杰1，張國民2，王 煥2
（1.臺州臨港熱電有限公司，浙江 臺州 317016；2.浙江華業電力工程股份有限公司，浙江 寧波 315800）

介紹了大型發電機組定子接地保護的要求和保護方式，結合某廠3號發電機定子接地保護動作情況及故障錄波數據等，對發電機定子接地故障原因進行了分析，并提出了防范措施，以確保發電機安全可靠運行。

定子接地；保護原理；基波零序電壓；出線套管

0 引言

定子繞組單相接地是發電機最常見的故障之一，會導致非接地相對地電壓升高，危及對地絕緣。如果非接地相絕緣較弱，則可能造成非接地相也發生接地故障，從而發展成相間接地短路。另外，流過接地點的電流具有電弧性質，會燒傷定子鐵芯。大型發電機在電力系統中占有重要地位，而且結構復雜，損壞后修復困難，因此大型發電機安裝定子接地保護裝置顯得尤為重要。我國《繼電保護及安全自動裝置設計技術規程》（GB/T14258—2006）規定，容量為100 MW及以上的發電機應裝設100 %定子接地保護裝置。

發電機定子繞組絕緣損壞及鐵心燒傷程度與接地電流大小及持續時間有關。接地電容電流允許值參考GB/T14258—2006，具體如表1所示。發電機中性點經配電變壓器高阻接地時，流經故障點的接地電流為發電機的接地電容電流與流經該接地電阻的有功電流的向量和。因此，當發電機的對地電容很大，接地故障電流大于允許值時，單相接地保護應帶時限動作于跳閘。

表1 汽輪發電機定子繞組單相接地故障電流允許值

1 故障現象

某電廠3號發電機型號為THDF125/67，額定功率1 000 MW，定子電壓為27 kV，定子對地電容為0.284 μF，發電機定子線圈星形接線，其中性點通過1臺二次側接有小電阻的單相配電變壓器接地。2013-07-01T20：00左右，3號發電機在運行中跳閘，且“95 %定子接地保護”動作，動作前后錄波器錄到的相關量的波形如圖1所示。

圖1 發電機相關量波形

3號機組故障錄波器數據顯示：保護動作跳閘前發電機A相電壓Ua最低至1.9 V，Ub，Uc相電壓分別升高至98.8 V，99.8 V，機端3U0基波零序電壓升高至95.3 V。以上電壓均為二次有效值。

2 100 %定子接地保護原理

3號發電機保護配置美國GE公司的G60發電機保護裝置。經檢查，3號機保護裝置面板有“95 %定子接地保護動作”報文，延時2 s跳機。

對于100 MW及以上的發電機，按規定應裝設無動作死區（100 %動作區）的單相接地保護，應用最多的保護方案是由基波零序過電壓保護與三次諧波電壓保護共同組成的100 %單相接地保護。

2.1 基波零序電壓保護原理

發電機定子繞組單相接地時，定子回路出現零序電壓，且零序電壓的大小與接地點位置α有關。設A相繞組發生接地的故障點D至中性點的繞組占一相繞組匝數的百分數為α，則機端各相對地電壓分別為：

機端零序電壓為：

發電機定子單相接地基波零序電壓可取自機端PT次級開口三角（3U0），也可取自中性點接地專用變壓器次級（U0），本機零序電壓保護采用機端3U0。當采集到的3U0大于整定值時，保護動作經一定延時跳開機組。

2.2 機端與中性點三次諧波電壓比保護原理

機端與中性點三次諧波電壓U動作判據為：

當|UN3|/|Up3+UN3|＜啟動值，|UN3|/ |Up3+UN3|＞（1-啟動值），|Up3+UN3|＞監視值同時滿足時，保護動作延時發報警信號，保護范圍為中性點至機端15 %區域。

式中：

UN3——中性點側通過接地變壓器PT測得的三次諧波電壓相量值；

Up3——發電機機端PT測得的零序電壓的三次諧波電壓相量值；

簇頭在發送同步數據時刻獲取當前的時間戳T01，存到同步命令包中并進行廣播，這樣可以有效地規避數據通信過程中的發送時延和訪問時延。傳感器節點在收到同步命令包時候，記錄自身的計數器T11。簇頭在下一次廣播同步命令包時，簇頭和節點會分別記錄發送時間T02和接收時間T12。

啟動值——三次諧波電壓比啟動整定值；

監視值——三次諧波電壓監視整定值。

2.3 100 %定子接地保護原理

基波零序電壓保護反映機端至中性點95 %范圍的定子繞組單相接地故障，由基波零序電壓構成，經時限t1動作于解列滅磁；三次諧波電壓保護反映中性點至機端15 %區域的定子繞組單相接地故障，按發電機機端與中性點三次諧波電壓比原理構成，經時限t2動作于信號。二者組成100 %的定子接地保護。

3 故障檢查與處理

3.1 故障性質判定

3.2 一次設備檢查與處理

3號發電機轉檢修后，進行各部位對地絕緣的測定。拉開發電機出口PT，用搖表測量發電機出口PT及避雷器絕緣為10 GΩ，用發電機水內冷搖表測發電機絕緣為0。拆除發電機A相出口及中性點軟連接，測發電機出口斷路器至發電機側的封閉母線絕緣為14 GΩ，發電機A相絕緣為0，發電機B，C 2相絕緣為570 MΩ。初步判斷為3號發電機A相繞組或套管接地。

2013-07-02T16：00，3號發電機氫氣置換完畢后，拆除發電機A相出線套管至發電機引線之間的軟連接，分別測量絕緣：發電機A相引線絕緣為500 MΩ，而發電機A相出線套管絕緣為0。因此，確定為發電機A相出線套管接地，立即安排更換A相出線套管。

2013-07-03T12：00，發電機A相出線套管更換完畢。進行發電機修后試驗項目：發電機定子繞組直流電阻、絕緣電阻、吸收比，定子泄漏電流和直流耐壓試驗；A相出線套管至發電機引線之間接觸面壓降測試，發電機膛內充空氣查漏。至2013-07-04T08：00前，發電機各項試驗已完成，試驗結果均合格。全部工作結束后啟機，16：00機組并網運行。

3.3 套管故障分析

該出線套管額定電壓27 kV，額定電流25 kA，冷卻方式為氫冷，投入運行2年。解體檢查發現，A相套管法蘭面內的絕緣材料上有一擊穿孔洞。分析認為，該套管的絕緣材料中含有雜質，絕緣薄弱點在正常運行電壓或可能發生的過電壓作用下，絕緣性能下降，導致擊穿接地。因此，發電機相關電氣元器件的采購、保養、預防性試驗等工作環節必須把好質量關，以防止類似事故的發生。

4 結束語

大型同步發電機是電力系統中的重要設備，它的安全運行對保證電力系統的正常工作和電能質量起著決定性的作用。繼電保護能快速、準確發現發電機的異常現象和故障情況。發電機保護動作后，根據現場保護的報警信息、故障錄波裝置的波形記錄，分析故障原因，判斷故障點位置，有助于故障的快速處理。同時，必須加強對發電機定子出線套管的檢查和預防性試驗，及時發現絕緣隱患，確保發電機安全可靠運行。

1 羅鈺玲.電力系統微機繼電保護［M］.北京：人民郵電出版社，2005.

2 沈明德.G60發電機保護配置探討［J］.廣東電力.2008，21（3）：41-43.

3 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T14285—2006繼電保護和安全自動裝置設計技術規程［S］.2006.

2015-04-07；

2015-08-03。

鄭華杰（1977-），男，工程師，主要從事火電廠電氣設備技術管理工作，email：ok.zhj@163.com。

張國民（1985-），男，工程師，主要從事電廠電氣專業工作。

王 煥（1990-），男，助理工程師，主要從事電廠電氣設備維護和檢修工作。