一起發電機定子接地保護動作原因分析及整改

戚彥玉，蘆玉柱，馬 偉

（酒鋼集團公司能源中心，甘肅嘉峪關 735100）

引言

某發電廠300 MW 發電機型號為QFSN-300-2型三相隱極式同步發電機。該發電機出口裝設三組電壓互感器(簡稱TV)，主要是為發電機變壓器保護、自動裝置、勵磁控制回路提供發電機電壓信號。

2017年4月該發電廠正常運行時發生發電機定子接地保護動作，造成機組跳閘事件。檢查發現發電機出口1TV C 相電壓互感器本體有裂紋，進行預防性試驗判斷互感器內部匝間短路。由于發電機出口電壓互感器故障現象與定子繞組的接地故障現象相類似，故障引起發電機中性點及機端的電壓偏移，當達到發電機定子接地保護動作值時，導致發電機定子接地保護動作跳閘。

2 保護邏輯及動作分析

2.1 保護原理

該電廠發電機定子接地保護以零序基波電壓和三次諧波電壓作為判定條件，并帶延時動作于全停。基于基波零序電壓原理的定子接地保護以零序基波電壓為判定條件，在保護區內有較高的靈敏度，但在接近中性點處存在死區；基于零序三次諧波電壓原理的定子接地保護以三次諧波電壓作為判定條件，能消除零序基波電壓原理定子繞組接地保護在中性點附近的保護死區，兩種保護相結合能實現發電機100%定子接地保護。發電機定子繞組和電壓回路的絕緣應由位于發電機引出線的零序電壓表來監視和監測。見圖1。

圖1 發電機3U0定子接地保護邏輯圖

2.2 定子接地保護定值

定值名稱、符號和定值

機端零序電壓：3U0g1,10 V；

中性點零序電壓：3U0g1n，10 V；

延時：t11，1.5 s。

2.3 保護動作記錄

現將該電廠2017 年4 月發電機定子接地保護動作記錄說明如下：

17:03:32 發變組故障錄波器啟動，發電機出口二次電壓Ua突降至56.60 V，Ub突增至60.33 V，Uc突降至55.82 V，機端零序電壓突增至4.2 V。發電機機 端 電 壓Uab由19.88 kV 增 至19.93 kV，Ubc由19.86 kV 增至20.09 kV，Uac由19.87 kV 降至19.58 kV。

17:06:06.999 發變組保護B 柜發TV 斷線信號，故障報文為機端零序電壓3U0t=12.9089 V，中性點零序電壓3U0n=8.0137 V。

17:06:12.564 發變組保護B 柜故障報文為機端零序電壓3U0t=16.056 V，中性點零序電壓3U0n=9.9682 V，TV斷線信號返回。

17:06:14.637 發變組保護B 柜定子接地3U0保護動作，新#3發電機跳閘，汽輪機跳閘，鍋爐MFT 動作，廠用電源切換成功。保護裝置動作報文為：機端零序電壓3U0t=19.8511 V，中性點零序電壓3U0n=12.3179 V。

17:06:14.669 發變組保護A 柜定子接地3U0保護動作。動作報文為：機端零序電壓3U0t=17.0279 V，中性點零序電壓3U0n=12.3037 V。

發電機故障有關電氣量參數見表1。

表1 發電機故障前及故障時有關電氣量參數（電流、電壓均為二次值）

調閱新#3 發變組故障錄波器報文，保護跳閘時發電機出口二次電壓Ua=56.605 V，Ub=60.326 V，Uc=55.822 V，三相一次對地電壓不平衡，機端零序電壓3U0t、中性點零序電壓3U0n均達到動作值，發變組保護定子接地3U0保護動作。

發電機定子接地保護定值為3U0t=10 V，3U0n=10 V，延時t=1.5 s。故障時機端零序電壓3U0t=19.8511 V，中性點零序電壓3U0n=12.3179 V，均達到動作值，發變組保護定子接地3U0保護動作正確。

3 原因分析

檢查發現發電機出口1TV C相電壓互感器有異味，外殼有裂紋，測量發電機1TV 三相阻值偏差大（A 相為1956 Ω，B 相1962 Ω，C 相為1762 Ω），1TV C相電壓互感器內部匝間短路，造成發電機定子C 相二次電壓降低，B 相二次電壓升高，零序電壓突增，達到發電機定子接地保護3U0動作值，發變組保護動作，機組跳閘。

圖2 發電機出口電壓互感器接線圖

查閱發電機故障錄波器數據，當發電機機端TV一次繞組發生匝間短路時，故障相對地等效阻抗減小，其他兩相對地阻抗不變，定子三相對地阻抗不平衡，導致發電機三相一次對地電壓不平衡，產生機端對地零序電壓和中性點對地零序電壓達到發電機定子接地保護動作值。

專業技術人員分析得出發電機出口TV 存在設備問題，繞組分布不均，環氧樹脂間有氣隙存在。隨著運行時間的增加，局部放電量逐步增大,導致絕緣擊穿發生一次側匝間短路，短路點逐漸發熱，絕緣情況進一步惡化，短路可能性上升，最終造成電壓互感器出現裂紋，環氧樹脂熔化滲出。

此次事件同時暴露出該電廠技術人員對發電機出口電壓互感器重視程度不足，對重要電氣設備的預防性試驗沒有進行劣化分析，未根據現場設備實際運行情況縮短預防性試驗周期，對發電機出口電壓互感器預防性試驗項目和周期執行不到位。

4 控制措施

通過對以上設備故障的查找和原因分析，制定防止發電機出口電壓互感器本體故障的控制措施，對重要電氣設備預防性試驗周期進行完善，避免此類問題的再次發生。

（1）對發電機1TV 電壓互感器進行整組更換，同時采購運行10 年以上的發電機出口電壓互感器備件，嚴把設備選型和驗收質量關，安裝前嚴格按照預防性試驗標準周期和項目進行預防性試驗，對試驗發現問題或有劣化趨勢的進行更換。

（2）對發電機電壓互感器預防性試驗項目及周期進行確認及監督執行，生產、檢修各級技術人員對試驗數據和項目進行分級確認，杜絕試驗項目不全或周期超限的事件發生。

（3）對發電機定子接地事故處理程序卡內容進行修改，制定詳細的事故現象判斷和事故處理措施，下發至生產、檢修崗位人員學習并執行。在DCS畫面增加發電機1TV 出口電壓三相偏差報警信號，當出口電壓三相偏差大于0.2 kV 時發報警信號，同時通知專業技術人員到場處理，便于設備參數出現異常時及時處理。

（4）對其余發電機出口TV 二次回路負載進行統計分析，每年機組檢修前進行TV 二次回路負載測試，通過試驗數據分析出電壓互感器二次側有無過載現象，發現問題及時處理。

5 結束語

發電機正常運行時電壓互感器故障發生定子接地保護動作的現象，會對發電機設備、電網系統以及人身安全造成較大影響，有效避免運行機組發生發電機電壓互感器故障是專業技術人員必須面臨和解決的技術問題。一方面從電壓互感器的選型以及一、二次回路檢查進行嚴格把關和監督執行；另一方面要對電壓互感器進行全面檢查和定期的預防性試驗，杜絕可能存在的隱患，滿足生產現場的設備性能要求。