水轮发电机定子接地故障分析及处理

1 设备概述

某水电厂发电机为300 Mw混流式机组 ,额定电压为18kV ,发变组保护采用wFB-805A微机型发变组保护装置 , 发电机接地方式为经消弧线圈接地 ,定子接地保护采用双频两段式保护, 由基波零序电压保护和三次谐波电压保护组成。基波零序电压保护可以保护定子绕组的80%左右 ,三次谐波电压保护实现定子其余部分的保护。

2 定子接地原理

2. 1 基波零序电压原理

单相接地时的基波零序电压由机端TV处的开口三角处测得 ,3U0为定子接地时的零序电压 ,测量零序电压的接线图如图1所示。

图1 测量零序电压接线图

定子单相接地时 ,零序电压U0 与接地点a的关系如图2所

示。 图中a为故障点与中性点距离 ,Eph为相电压 ,接地故障点离中性点越远 ,零序电压越高 ,机端接地时 ,零序电压等于相电压 ,故障点离中性点越近 ,零序电压越低 , 因此在中性点附近有死区。发生单相接地及相间短路时无开口电压 ,保护不动作 。 即:当故障点在机端时 ,设a=100% ,则U0=Eph: 当故障点在中性点时 ,设a=0 ,则U0=0: 当故障点在一相绕组的任一 点a时 ,零序电压U0=aEph,如图2所示 , U0与a呈线性关系。

图2 定子单相接地时U0与a的关系曲线

2.2 三次谐波电压保护原理

三次谐波电压的继电保护是否动作 , 是通过比较中性点三次谐波电压和机端三次谐波电压来实现的 ,单相接地时三次谐波电动势分布等值电路图如图3所示 。其中 ,E3为三次谐波电动势 , Us3为机端三次谐波电压 , Un3为中性点三次谐波电压 ,Cf为发电机对地电容 ,Cw为机端出线及设备对地电容。

正常运行时 , 中性点三次谐波电压Un3总是大于机端三次谐波电压Us3 ,保护不动作。当距离中性点50%的范围内发生接地故障时 ,机端三次谐波电压大于中性点三次谐波电压 ,保护动作。 中性点电压Un3和机端电压Us3随故障点a的变化曲线如图4所示。

3 事件经过及处理

3. 1 事件经过

机组在并网运行过程中 , 定子接地保护2段(100%)动作跳机 。现地检查发变组保护上有80%定子接地动作报警和18 kV过电压(零序) ,这些报警信息都反映了定子接地这一故障 ,基本可以确定该跳机信号是真实的 。跳机时导致甩负荷300 Mw ,造成机组115%过速延时动作 ,水机保护装置动作 。

3.2 事件处理

为保证电网稳定运行 ,立即将备用机组并网转移负荷 ,并将故障机组隔离以便维护人员对故障进行处理 。事件处理过程如下:

(1)机组跳机后 ,值长立刻将此情况汇报给省电力调度中心 ,通知检修维护班组 ,并立即将备用机组并网 ,保证电网的稳定运行。

(2)断开机组中地刀闸 ,取下机端1#、2#、3#、4# PT一次保险进行测量 ,发现3# PTB相保险熔断 ,更换新配件。

(3)断开机组出口开关 ,拉开甲刀闸等 ,用摇表2 500 V档在PT高压侧或发电机中性点接地刀闸处摇定子三相绝缘均正常。

(4)经检查发电机的励磁变 、出 口PT等外围设备一 次侧不存在接地点。

4 故障原因分析

经检测发现PT一次保险3# PTB相熔断 ,发电机定子的励磁变 、出 口PT等外围设备一 次侧不存在接地点 ,可判定不是定子真实接地 , 即排除绕组绝缘降低、绝缘击穿、机端设备接地等原因引起的定子接地保护动作 。随后 ,现场对机组的1#、2#、3#、4# PT(图5)进行伏安特性试验 ,在对2# PT进行试验时发现 ,2# PTB相电流突然增大 , 后又对其做了3次试验进行验证 ,其中后面两次均正常 ,将3# PTB相更换至2# PTB相 ,机组经零起升压运行正常 。基于这种现象 ,判断2# PTB相内部为间歇性故障 , 最后又将相同型号的备件更换至3# PTB 相 ,并将4组PT全部投入运行 ,对机组做零起升压 ,机组运行正常 ,可以确认事故原因系2# PTB相间歇性故障导致的定子接地保护动作。

5 结语

本次事故信号上位机报100%定子接地 ,现地实际为80%定子接地 ,上位机的信号不能正确反映实际情况 ,应及时校对更改这类信号 。另外 , 由于厂内设备已运行多年 ,根据机组PT 已出现间歇性故障导致跳机的情况 ,今后需对影响机组发电的重要设备和元件进行定期预防性试验 , 以尽可能发现异常 ,一 旦发现异常要及时更换处理 ,确保发电设备运行可靠 。 同时 ,应制定相应的应急处置预案 ,定期开展反事故演习活动 ,提高现场人员快速处理事故的能力和水平。