沈駿,沈莉萍,俞立凡

(杭州華電半山發(fā)電有限公司,浙江杭州 310015)

0 引言

發(fā)電機是電力系統(tǒng)中最重要的電氣設(shè)備之一,發(fā)電機定子單相接地后,容易在故障點引起電弧,可能使定子繞組的絕緣和定子鐵心燒壞而發(fā)展成危害更大的故障。隨著微機保護(hù)的普及,新機組或改造后的機組,發(fā)電機一般都配備了雙套保護(hù),以提高其可靠性。因此,發(fā)電機的定子繞組接地保護(hù)也日趨完善。

1 390H發(fā)電機概述

杭州華電半山發(fā)電有限公司S109FA燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組配套的390H發(fā)電機,由美國通用電氣公司(GE)制造,是二極三相50Hz全氫冷同步發(fā)電機,定子Y形接線,采用6kV廠用母線供勵磁變壓器的靜態(tài)勵磁系統(tǒng)(EX2100)。主要參數(shù):額定視在功率,468MV·A;額定有功功率,397.8MW;額定功率因數(shù),0.85;定子額定電壓,19kV;定子額定電流,14221A;轉(zhuǎn)子額定電壓,750V;轉(zhuǎn)子額定電流,2019A。額定氫壓,413.7kPa;氫冷器額定進(jìn)水溫度,28.6℃;氫冷器額定出風(fēng)溫度,40℃;發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子繞組絕緣等級,F級;溫升按B級絕緣來控制。發(fā)電機定子質(zhì)量,267t;轉(zhuǎn)子質(zhì)量,64.4t。

S109FA機組典型發(fā)電機主接線圖如圖1所示。

S109FA機組配套的發(fā)電機、主變壓器、高壓廠用變壓器、勵磁變壓器、隔離變壓器都采用GE的G60,T60和C60保護(hù)。G60,T60和C60均為GE公司的UR系列繼電器,其中,G60為針對發(fā)電機組的保護(hù),T60為變壓器的電量保護(hù),C60為變壓器的非電量保護(hù)。

G60保護(hù)提供了2種定子接地保護(hù)方法:

圖1 S109FA機組典型發(fā)電機主接線圖

(1)使用發(fā)電機中性點側(cè)的三次諧波信號及發(fā)電機端零序電壓中的三次諧波信號的100%定子接地保護(hù),此方法與國內(nèi)常見的發(fā)電機100%定子接地保護(hù)相同。

(2)對發(fā)電機中性點三次諧波電壓做出反應(yīng)的三次諧波低電壓保護(hù)。此方法相對比較簡單,僅檢測機尾三次諧波電壓,當(dāng)?shù)陀谡ㄖ禃r保護(hù)動作。為了增強該功能的安全性,還可以用一個可設(shè)定的正方向功率窗來監(jiān)測,也可以使用由發(fā)電機輸出端測量得到的正序電壓來監(jiān)測,它們都可以在G60保護(hù)中設(shè)定。

第2種方法國內(nèi)采用的不多,經(jīng)驗較少。按圖1接線的390H發(fā)電機,只能按第2種方法設(shè)定。

2 保護(hù)動作處理經(jīng)過

2009-05-01T13:52:00,#1發(fā)電機運行中跳閘(機組已連續(xù)運行42h左右),跳機前機組負(fù)荷為300MW。當(dāng)時,出現(xiàn)在MARKVI上的報警信息有幾百條之多,經(jīng)過篩選后,主要報警信息框圖如圖2所示。

圖2 主要報警信息框圖

同時,檢查ECS的發(fā)電機保護(hù)頁面,顯示發(fā)電機保護(hù)動作:G60A第1組出口繼電器動作,G60B第1組出口繼電器動作。就地檢查#1發(fā)電機變壓器組保護(hù)A,B屏發(fā)現(xiàn):

(1)GENERTORLOCKOUTA(發(fā)電機G60-A保護(hù)出口繼電器86G-1A)動作;

(2)GENERTORLOCKOUTB(發(fā)電機G60-B保護(hù)出口繼電器86G-1B)動作;

(3)G60-A保護(hù)裝置顯示:發(fā)電機定子接地;

(4)G60-B保護(hù)裝置顯示:發(fā)電機定子接地。

至此,可以確定此次跳機是由于發(fā)電機定子19kV系統(tǒng)接地引起的。

再檢查#1發(fā)電機故障錄波器的故障波形,如圖3所示。

圖3 故障錄波器的波形曲線

分析圖3中故障錄波器的波形曲線可知:

(1)發(fā)電機的三相相電壓正常。由于390H發(fā)電機與故障錄波器的設(shè)計存在匹配問題,即故障錄波器的相電壓取自VT2,VT4,而VT2,VT4雖然是星形連接,但中心點不接地(發(fā)電機變頻啟動需要),它的相電壓與常規(guī)理解的相電壓不同,反映不出接地故障。

(2)有3U0零序電壓產(chǎn)生(來自發(fā)電機中心點PT)且與Uc反相,說明C相接地。

由于發(fā)電機中性點PT變比為12/0.24kV,發(fā)電機的相電壓為19÷1.732=10.97(kV),則在發(fā)電機的某相直接接地時,中性點PT的二次電壓應(yīng)為:240×10.97÷12=219.4(V)。

從圖2可知,發(fā)電機中心點壓變的零序電壓約257.7V,故有效值為257.7÷1.414=181(V)。所以,181/219.4=0.8249,說明接地點在離中心點82.5%以外,即靠近出線端。

再查ECS上發(fā)電機中心點的電流歷史曲線:在接地時,中心點電流約為13.7A。

根據(jù)設(shè)計資料:機端金屬性接地短路時,中性點流過電阻性電流為12.43A、電容電流為9.66A、接地總故障電流為15.74A。13.7A/15.74A=0.87,也說明接地點靠近出線端。

另外,根據(jù)故障錄波器的其他情況:故障時發(fā)電機線電壓、電流都沒有突變,發(fā)電機僅僅出現(xiàn)零序電壓就跳閘了,說明故障對設(shè)備沖擊和損壞應(yīng)該不大。

因此,拉開#1勵磁變壓器高壓開關(guān),拉開#1發(fā)電機出線閘刀,就地手動拉開#1發(fā)電機中性點接地閘刀,搖測#1發(fā)電機定子一次絕緣為0(在中性點接地閘刀上樁頭,如圖4所示)。該結(jié)果說明,保護(hù)動作正確,發(fā)電機19kV系統(tǒng)的一次設(shè)備確實存在接地狀況。

再根據(jù)電氣接線特點,為方便區(qū)分是發(fā)電機本體故障還是出線部分故障,決定將發(fā)電機本體出口母排的軟連接線解開(圖1中的A點)。結(jié)果,在拆線時發(fā)現(xiàn)了故障點,即#1發(fā)電機C相出口母排(軟連接導(dǎo)線處)至局部放電檢測裝置耦合電容引接導(dǎo)線燒斷,并搭殼接地。B相未損壞前的照片如圖5、圖6所示。

圖6 耦合電容照片

3 分析與總結(jié)

故障起因:局部放電檢測裝置耦合電容引接導(dǎo)線是軟線,下垂過大,在溫度、濕度、機組振動影響下,與絕緣盤邊緣的鋼桶安全距離不夠,對地放電并造成導(dǎo)線燒斷、接地,使發(fā)電機定子接地保護(hù)動作跳機。

由于杭州華電半山發(fā)電有限公司目前未使用局部放電檢測裝置,故決定將其引接導(dǎo)線拆除。若以后要用,需要重新加裝“局部放電檢測裝置”的引接線,且建議引接線改為硬質(zhì)銅(鋁)排連接。

另外,查找S109FA機組跳機原因時,建議先查ECS上的電氣報警。因為,S109FA機組跳機后在機組的控制系統(tǒng)(MARKVI)上會出現(xiàn)大量報警,查看需時較長,而電氣報警相對簡明,容易判斷。有電氣報警時,可按ECS報警→就地保護(hù)屏→故障錄波器→現(xiàn)場設(shè)備的順序核查,相對合理、快捷。如沒有電氣報警,則再仔細(xì)核查MARKVI報警。