發電機定子接地故障處理與技巧

李京哲 許文波 楊鳳君

（1、哈爾濱電氣股份有限公司，黑龍江 哈爾濱150000 2、哈爾濱松林電站設備有限公司，黑龍江 哈爾濱150000 3、哈爾濱電氣動力裝備有限公司，黑龍江 哈爾濱150000）

一般大型發電機的中性點是不采用直接接地的方式的，因此當發電機在運行出現問題時，出現問題的故障點會流過對地電容電流，而該電容電流所形成的電弧將會損害發電機其他部位的絕緣體從而引起鐵芯的灼傷，鐵芯遭到灼傷后則會形成相當具有危險性的相間或者匝間的短路問題，情況嚴重時還會燒毀發電機。

1 國內外關于接地故障保護方案研究的發展現狀

為保證電力的穩定安全運行有關方面應當制定科學的接地故障保護方案，避免用電事故的發生。結合國內外這方面的發展現狀而言，常見的發電機定子單相接地保護方案包含雙頻式定子單相接地保護、電源注入式定子接地保護這兩種。首先，針對第一種而言，該方案是基于基波零序電壓型與三次諧波電壓型保護方案之上的統稱，通過應用該方案，可以起到一定的接地故障保護效果，目前應用較為廣泛。其次，第二種方案的應用，也具有接地故障保護效果。

相比較第一種方案而言，第二種方案的使用則會讓接地故障的的保護工作得以更加順利的展開，此種方案是利用外加的電源來實現單相接地故障的發生，外加的電源注入式定子接地保護，利用的就是絕緣的原理，也就是在內部發動機處于正常工作三相定子回路對地處于絕緣狀態，不過這種絕緣狀態也并非始終存在，當遇到對地絕緣在發生單相接地故障時絕緣狀態就會自動消失，當絕緣狀態遭到破壞時，也就說明發電機出現故障，這樣就可以明顯的區分發電機是否處于正常運行的狀態了。當然對于區分發電機是否出現故障的方法并不只這一種，還有一種方法是利用外加的信號電源來判斷發電機是否正常運行，想要判斷發電機是否處于正常的工作狀態，可以通過對電流的觀察來進行判斷，如果發電機處于正常的工作狀態，那么此時的信號電源則不會產生電流，反之則信號電源會產生較大的電流。信號電源是外加的，因此在位置上并不會受到限制，對定子接地可以進行100%的保護。這種保護無論是發電機處于什么狀態下都是可以對其進行保護的，靈敏度很高另外對于絕緣的檢測也可以發揮作用，因此這種接地保護的發展前景是很好的。

2 發電機定子接地的故障以及處理

2.1 定子接地的故障及判斷

發電機發出“定子接地”報警后，應判明接地相別和真、假接地。當定子一相為金屬性接地時，通過切換定子電壓表可測得接地相對地電壓為零，非接地相對地電壓為線電壓，各線電壓不變且平衡。定子絕緣電阻測量測得“定子接地”電壓表指示為零序電壓值。由于“定子接地”電壓表接在發電機電壓互感器開口三角繞組的兩端，因此，正常運行時“定子接地”電壓表的指示為零，當定子繞組出現一相接地時，因開口三角形連接的二次繞組連接的三相繞組相電壓為100/3V，故“定子接地”電壓表的指示應為100/3=100V。如果一點接地發生在定子繞組的內部或發電機出口，且為電阻性，或接地發生在發變組主變壓器低壓繞組內，切換測量定子電壓表，測得接地相對地電壓大于零而小于相電壓，非接地相對地電壓大于相電壓而小于線電壓，“定子接地”指示小于100V。當發電機電壓互感器高壓側一相或兩相熔斷器熔斷時，其二次側開口三角繞組端電壓也要升高。如U相熔斷器熔斷，發電機各相對地電壓未發生變化，仍為相電壓，但電壓互感器的二次側電壓測量值因U相熔斷發生了變化，即UVW 降低，而UVW 仍為線電壓，各相對地電壓Uu0Uw0 接近相電壓，Uu0 明顯降低，“定子接地”電壓表指示為100/3V，發“定子接地”信號。

2.2 發電機定子接地的處理

針對發電機發電機定子接地的故障，首先應當確保按照發電機本身的規格進行區別處理。以下分為兩種情況，第一種情況是如果是小于150MW的發電機且接地的電容電流沒有達到5A時，如果沒有及時的對發電機的故障進行解決措施時可以在2 個小時內在電網一點接地時進行短暫的運行工作；而如果是容量大于150MW的發電機且電容電流大于5A時，如果發電機同樣發生了發電機定子接地的故障，為了保障發電機內部的安全，則必須要多發電機做出以下兩種措施，一是對發電機進行并列，而是對發電機進行滅磁，這兩種方法都可以在一定程度上避免發電機在出現故障時對鐵芯造成較大的損傷或者是因此而引起的更大范圍的破壞。有效的鐵芯也會隨之受到影響，讓原本僅僅是單相短路的情況變成了相間的短路。當接收到定子接地的警告時，應當對真假接地進行辨別，針對真假接地的狀況應當做出不同的應對措施，針對真接地的狀況應當對發電機進行較為徹底的檢查，以確保發電機可以及時的被查出確定的原因以及時的解決問題。如果出現了接地點出現在發電機的外部，應及時的采取才出的措施。采取的措施可以是將常用電倒地相對地電壓降低，非接地相對地的電壓升高，保持線電壓不變。如果是假接地時，則是相對地電壓不會出現升高的情況，線電壓也不會出現平衡的狀況。

3 同步發電機定子單相接地故障的處理方法

引起發電機出現故障的因素有很多，不過對發電機產生較大的影響的也是最為常見的一種故障就是定子繞組單相接地，而且一旦這種故障發生，就會引起更為嚴重的繞組內部的短路故障。而想要降低內部短路的發生幾率，則可以利用定子繞組單相接地進行保護，因為這種故障會帶來較大的損失，因此在如果這種方法帶來了保護的作用，則可以在一定程度上減輕一定的經濟損失。而如果想要對這種故障進行處理還有更加有效且簡單的方法，就是采用基波零序電壓構成的定子接地保護的原理，不過雖然這種方法的優點很多，但是也存在著一定的缺陷，這種方法很容易因為其整定值高而不能動作會在中性點的周圍產生死區。因此為了對這一缺陷進行彌補，消除中性點附近的死區，對定子接地進行全方位的無死區的保護，對定子接地進行保護的方法應當采取正確的理念，例如對傳統的三次諧波電壓的保護理念的應用，就可以對定子接地進行全方位的無死區的保護，但是運用這種理念也并非沒有其他的顧慮，傳統的三次諧波電壓的保護理念由于一些特定的因素會在一定程度上影響本身的靈敏程度，而如今隨著我國對發電機各方面要求的不斷提高，使得三次諧波電壓保護并不能很好的滿足現狀。

4 單相接地故障保護方案研究的重要意義

經過對運行經驗和對理論進行詳細的分析可以得出以下結論：對發電機的內部破壞性最強的故障為定子繞組內部故障。但從定子繞組本身對發電機的傷害來說，傷害的程度還不算大，但是由于這種故障出現的頻率較高，而且常常就會引起內部相間或者是匝間短路的故障，而定子繞組單相接地保護如果可以提高其本身的可靠性和靈敏程度，那么就可以大大的降低內部短路故障的發生幾率。而如果定子單相接地故障的電流較小的話，則可以避免對發電機定子鐵芯的傷害，從而可以降低一定的經濟損失。因此，應當加強定子繞組單相接地的保護。以來減少出現內部短路故障。

5 定子單相接地保護的展望

近些年，在電力系統中不斷有新技術進行應用，這些新技術的應用為讓物質基礎光學電流和電壓互感器得到了更好的應用，而且一些高科技的器件對發電機的保護性能的提高有著很大的意義和影響。在對定子接地的故障，還有相當一部分的學者將很多理論性的知識和應用添加到對繼電的保護當中，不僅在一定程度上豐富了原有的繼電保護理論，還使得繼電保護理論的應用和發展。

而對于發電機的三次諧波電勢而言，對靈密度會有一定的影響，從而導致三次諧波保護在運行當中存在著較大的不穩定性因素。而傳統的基波零序和外加的信號電源兩種保護對定子接地保護的方案各方面都是趨于成熟的，但是其靈敏度的提高程度卻已經基本達到了上限，因此對新型的基于暫態量保護的研究是目前應當充分得到重視的。

6 結論

綜上所述，我國對發電機定子單相接地暫態的保護方面，對自適應和故障分量的原理上獲得了較大的進展，研究出很多的保護方案，但是這些保護方案，無論是處理的靈敏度還是保護的可靠性都不夠高，還需要研究人員進行深入地研究。