一起發(fā)電機定子匝間保護誤動事件分析

楊 松

（廣東粵電靖海發(fā)電有限公司，廣東 揭陽515223）

0 引言

2014年2月8日6：00，某電廠1 000 MW發(fā)電機組已沖轉(zhuǎn)至3 000 r，準備零起升壓，該機組采用自并勵勵磁系統(tǒng)，此時，勵磁系統(tǒng)處于自動控制方式，發(fā)變組保護及發(fā)電機勵磁系統(tǒng)均無故障和告警信號，發(fā)電機雙套定子匝間保護壓板均為投入狀態(tài)，500kV系統(tǒng)運行正常，主變高壓側(cè)5022、5023斷路器處于分閘位置。電氣主接線圖如圖1所示。06：18：50，發(fā)電機組自動方式下零起升壓，建壓過程中發(fā)電機定子匝間保護動作滅磁，關(guān)閉主汽門。

圖1 電氣主接線圖

1 定子匝間保護原理

現(xiàn)代大型發(fā)電機的定子一般采用棒式繞組，每相都有2個及以上的并聯(lián)分支，定子繞組中同槽同相的槽數(shù)也占有相當大的比重。因此，由于機械振動導致的絕緣損壞、絕緣老化和綁線脫落等會引起匝間短路。特別是現(xiàn)代大型發(fā)電機組通常采用水內(nèi)冷的冷卻方式，當中性點附近因漏水使絕緣降低或發(fā)生一點接地而未能及時發(fā)現(xiàn)，如果此時該相繞組再發(fā)生另一點接地，則會形成匝間短路接地。在發(fā)生匝間短路時，短路匝內(nèi)的短路電流很大，而在發(fā)電機引出端上電流變化并不明顯，因此，一般縱差保護不能起到保護作用，故發(fā)電機應裝設定子匝間短路保護。除此之外，發(fā)電機定子繞組還可能發(fā)生開焊故障，可能擴大事故范圍，造成機組嚴重損傷，只能用匝間短路保護來防范該問題。

定子匝間短路保護一般有3種，單元件橫差保護要求發(fā)電機有2個中性點，不完全縱差保護要求中性點引出三相6端子，因該電廠發(fā)電機只有1個中性點，單元件橫差、不完全縱差保護均不可能裝設，只能裝設負序方向閉鎖縱向基波零序電壓構(gòu)成的保護?？v向零序電壓保護原理接線圖如圖2所示。發(fā)電機定子繞組發(fā)生匝間短路時，發(fā)電機機端三相對中性點不平衡，將出現(xiàn)縱向零序電壓，發(fā)電機正常運行和外部相間短路時，縱向零序電壓為0，發(fā)電機內(nèi)部或外部發(fā)生單相接地故障時，雖然一次系統(tǒng)出現(xiàn)對地零序電壓，發(fā)電機中性點電位升高為相電壓，因3PT一次側(cè)中性點是接在發(fā)電機中性點上，因此開口三角繞組輸出的3U0仍為0。匝間短路及分支開焊均為不對稱故障，在發(fā)電機端有負序電壓和負序電流出現(xiàn)，負序功率由發(fā)電機流出，當外部發(fā)生故障或不對稱運行時，負序功率勢必由系統(tǒng)流入發(fā)電機，因此，可通過負序功率方向來判斷發(fā)電機發(fā)生匝間短路或分支開焊等內(nèi)部故障。

圖2 縱向零序電壓保護原理接線圖

該電廠發(fā)電機定子匝間保護通過GE公司G60保護裝置實現(xiàn)，采用縱向零序電壓為判據(jù)，保護邏輯如圖3所示，發(fā)電機縱向零序電壓取自與發(fā)電機中性點直接連接的專用電壓互感器3YH，在發(fā)電機并網(wǎng)前，即5022、5023常閉接點均閉合且發(fā)電機無電流，縱向零序電壓經(jīng)專用PT斷線閉鎖，當發(fā)電機并網(wǎng)后，縱向零序電壓同時經(jīng)專用PT斷線閉鎖和負序功率方向閉鎖，定值整定為3 V，保護動作于全停Ⅰ。

圖3 定子匝間保護邏輯圖

2 保護動作錄波分析

發(fā)變組保護裝置錄波圖中，1YH、2YH三相電壓正常，相電壓一次有效值為1 430 V，且三相對稱，定子匝間保護專用3YH（變比為相電壓和1YH、2YH電壓一致，電壓幅值、相位均正常，B相電壓一次值為0。雙套保護裝置錄波如圖4所示，縱向零序電壓折算到二次值為3.1 V，大于定子匝間保護定值，又因為發(fā)變組零起升壓時主變高壓側(cè)斷路器5022、5023為斷開位置，符合并網(wǎng)前匝間保護動作條件，故定子匝間保護動作。

圖4 保護裝置錄波圖

3 發(fā)電機機端電壓互感器現(xiàn)場檢查

保護動作后，在發(fā)電機機端電壓互感器現(xiàn)場檢查中發(fā)現(xiàn)，專用3YH B相小車可以明顯推動，故判斷專用3YH B相未送至工作位置。將其送至工作位置后，在3YH一次保險側(cè)測量發(fā)電機定子殘壓為79 V，且三相對稱，保護處錄得定子殘壓也均為80 V，且三相對稱。

綜合保護裝置錄波和定子殘壓以及機端電壓互感器檢查情況，確定該發(fā)電機定子繞組無異常，定子匝間保護動作原因為3YH B相未送至工作位所致。

因該發(fā)電機起勵建壓二次值僅為5.3 V，未達到PT斷線閉鎖值，故PT斷線未閉鎖。

4 結(jié)語

縱向零序電壓保護作為發(fā)電機定子繞組匝間故障的主保護，在使用過程中需注意，在發(fā)電機組未零起升壓前，應確保縱向零序電壓專用電壓互感器送至工作位置，有條件的機組可通過查看保護裝置縱向零序電壓采樣值，也可通過在縱向零序電壓專用電壓互感器一次保險外側(cè)測量發(fā)電機定子殘壓的方式，判斷專用電壓互感器是否正常工作。

［1］國家電力調(diào)度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護實用技術(shù)問答［M］.第2版.北京：中國電力出版社，1999

［2］中國華電集團公司電氣及熱控技術(shù)研究中心.電力主設備繼電保護的理論實踐及運行案例［M］.北京：中國水利水電出版社，2009

［3］王維儉.發(fā)電機變壓器繼電保護應用［M］.第2版.北京：中國電力出版社，2004