對(duì)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)零序電壓變化導(dǎo)致跳機(jī)的相關(guān)研究

袁新國(guó)

摘 要：文章以某發(fā)電廠一起發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)零序電壓變化導(dǎo)致的跳機(jī)事故為例，對(duì)設(shè)備及事故經(jīng)過(guò)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，通過(guò)檢查和試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)消弧線圈所放置的檔位不合理，是引發(fā)此次事故的最主要原因，對(duì)此提出了針對(duì)性的解決對(duì)策，確保發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)二次側(cè)電壓的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)；中性點(diǎn)；零序電壓；跳機(jī)事故；消弧線圈

一、設(shè)備概況及事故經(jīng)過(guò)

某發(fā)電廠所用發(fā)電機(jī)為三相分體發(fā)電機(jī)，機(jī)組最大容量為220MW。因設(shè)備原有A相變壓器故障返廠維修，暫時(shí)用各項(xiàng)參數(shù)都相同的其他廠商生產(chǎn)的變壓器代替使用，但是設(shè)備短路時(shí)的電阻與之前有所不同，A、B、C三相偏差分別為11.8%、13.4%、13.4%。2016年10月，該發(fā)電廠甲、乙兩組發(fā)電機(jī)發(fā)生定子接地保護(hù)動(dòng)作，導(dǎo)致跳機(jī)事故。事故發(fā)生前，磨煤機(jī)和汽泵均運(yùn)行正常，備用電泵為啟動(dòng)，發(fā)電機(jī)處于自動(dòng)電壓控制狀態(tài)，且輔機(jī)故障減負(fù)荷。

二、跳機(jī)事故發(fā)生后的檢查與試驗(yàn)

（一）繼電保護(hù)與二次回路檢查

采集發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)基波和諧波信息，對(duì)兩組發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)設(shè)定值進(jìn)行校驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)零序電壓、諧波均表現(xiàn)正常。零序電壓保護(hù)動(dòng)作設(shè)定值，最大值和最小值分別為16.5V和14.5，都在定子接地保護(hù)設(shè)定值的95%以內(nèi)，并且可以在0.8s內(nèi)做出正確保護(hù)動(dòng)作。同時(shí)，沒(méi)有在電壓互感器處發(fā)現(xiàn)異常。對(duì)甲組發(fā)電機(jī)保護(hù)柜的工作性能進(jìn)行測(cè)試，所記錄的各項(xiàng)信號(hào)均正常，表明A保護(hù)柜工作性能良好。另外，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)及出口處，電壓互感器一次繞組與二次繞組電壓比分別為20/3/0.1/0.2和20/3/0.1/3/0.1/3。

對(duì)甲、乙兩組發(fā)電機(jī)進(jìn)行精度和動(dòng)作檢查，發(fā)現(xiàn)電流通道均沒(méi)有出現(xiàn)零漂，在原有電流基礎(chǔ)上，分別升高0.5A、2A、5A和10A，誤差都沒(méi)有超過(guò)5%。兩組發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)電流為0.97A，整定值為0.2，經(jīng)測(cè)試，當(dāng)電流為0.95A和1.00A時(shí)，分別表現(xiàn)為不動(dòng)作和動(dòng)作，繼電保護(hù)正常。將電流值和整定值都增大一倍，對(duì)兩組發(fā)電機(jī)進(jìn)行差動(dòng)速斷檢查，經(jīng)測(cè)試，當(dāng)電流為0.95A和1.00A時(shí)，還是分別表現(xiàn)為不動(dòng)作和動(dòng)作，證明繼電保護(hù)正常。在繼電保護(hù)設(shè)定時(shí)間的基礎(chǔ)上增加1.2倍，A、B、C三相的差動(dòng)時(shí)間分別為70.8ms、71.3ms和71.3ms，速斷時(shí)間分別為30.4ms、30.9ms和30.6ms，均滿足要求。

再對(duì)兩組發(fā)電機(jī)進(jìn)行二次回路檢查，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)和保護(hù)柜接線錯(cuò)誤，并且定子絕緣電阻超過(guò)了50MΩ，滿足絕緣標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，對(duì)主變變壓器和自用變壓器二次回路進(jìn)行檢查，絕緣電阻也超過(guò)了50MΩ，滿足絕緣標(biāo)準(zhǔn)。再對(duì)電流互感進(jìn)行絕緣檢查，可知絕緣電阻也大于50MΩ，絕緣性能良好[1]。最后，發(fā)電機(jī)組控制信號(hào)均表現(xiàn)正常。

（二）一次設(shè)備絕緣試驗(yàn)

對(duì)主變變壓器進(jìn)行絕緣測(cè)試，發(fā)現(xiàn)三相輸出端直流電阻中，A相要低于另外兩項(xiàng)，試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際數(shù)據(jù)相同，直流電阻表現(xiàn)正常；變壓器絕緣電阻不小于4萬(wàn)MΩ，極化指數(shù)為2.0，滿足相關(guān)規(guī)定；對(duì)其每分鐘施加20kV電壓，得到泄露電流極限值為3.2μA，也滿足相關(guān)規(guī)定。對(duì)發(fā)電廠自用變壓器器進(jìn)行絕緣測(cè)試，繞組直流電阻相差0.21%，依據(jù)之前的變化規(guī)律，當(dāng)設(shè)備溫度為20℃，電阻差值也在規(guī)定范圍內(nèi)；同時(shí)其絕緣電阻超過(guò)了2萬(wàn)MΩ，極化指數(shù)為2.0，達(dá)到了規(guī)定要求；另外，在每分鐘20 kV供電狀態(tài)下，泄露電流沒(méi)有超過(guò)27.0μA，滿足相關(guān)規(guī)定。對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行絕緣測(cè)試，屏蔽端無(wú)法接入?yún)R水環(huán)，并且儀器內(nèi)最大容量要低于設(shè)定刻度線，定子冷卻水有殘余，泄露電流會(huì)隨電壓變大而升高，在30kV時(shí)高達(dá)580.8μA[2]。

三、結(jié)果分析

在跳機(jī)事故發(fā)生時(shí)，設(shè)備運(yùn)行記錄顯示，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)和和開(kāi)口位置的零序電壓分別為14.98V和15.09V，兩者大小不同，均超過(guò)設(shè)定值，進(jìn)而發(fā)生定子保護(hù)動(dòng)作。A相變壓器的不一致，已經(jīng)影響了電壓的穩(wěn)定性，在受到輕微干擾后，將會(huì)加劇這種影響，零序電壓便很容易出現(xiàn)異常。事故發(fā)生前該地區(qū)下有陣雨，當(dāng)電壓到達(dá)46kV時(shí)，發(fā)電機(jī)母線A相被擊穿，有較高電阻存在，對(duì)地阻抗發(fā)生變化，其余兩項(xiàng)沒(méi)有出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，對(duì)地阻抗不發(fā)生變化。三相因?qū)Φ刈杩共煌瑢?dǎo)致電壓不平衡，引發(fā)零序繼電器動(dòng)作，進(jìn)而造成跳機(jī)事故。另外，受陰雨天氣的影響，發(fā)電機(jī)組內(nèi)部出現(xiàn)諧振現(xiàn)象，形成振蕩電路，使得電壓升高，也導(dǎo)致三相電壓不平衡。

四、解決措施

消弧線圈能夠生成額外的接地電容電流，以便在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)單項(xiàng)接地時(shí)，將接地電流控制在一定范圍內(nèi)，避免電流過(guò)大對(duì)設(shè)備造成損傷，同時(shí)，還要防止中性點(diǎn)出現(xiàn)偏移，這就需要將消弧線圈放置在最佳檔位。結(jié)合此次事故調(diào)查結(jié)果，在對(duì)其進(jìn)行處理時(shí)，具體措施如下：第一，先使消弧線圈處于斷開(kāi)狀態(tài)，將一個(gè)5A的電流表安裝在發(fā)電機(jī)出口A相電壓互感器上，并進(jìn)行接地處理，調(diào)整電壓到額定值的一半，此時(shí)電流值為2A，即額定電壓下電流值為4A。第二，接通消弧線圈，對(duì)電壓互感器進(jìn)行接地處理，改變接頭位置，得到對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電流，改變消弧線圈補(bǔ)償度，選擇合適的補(bǔ)償電感。第三，使發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行，A相不接地，調(diào)整電壓至額定電壓的一半，根據(jù)中性點(diǎn)對(duì)電壓的影響可知，檔位越小電壓越穩(wěn)定，則應(yīng)該將其放在最小檔位。第四，改變消弧線圈檔位并測(cè)試，當(dāng)發(fā)電機(jī)組在額定狀態(tài)下運(yùn)行時(shí)，中性點(diǎn)零序電壓為8.28V，比事故發(fā)生前降低了4.39V，并且定子接地保護(hù)電壓設(shè)定值也降低了3.5V，擴(kuò)大了零序電壓保護(hù)范圍，發(fā)生誤保護(hù)動(dòng)作幾率較低。

五、總結(jié)

因發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)零序電壓變化，造成了的跳機(jī)事故，不僅會(huì)影響發(fā)電廠的正常運(yùn)行，還存在較大的安全威脅，要想避免該現(xiàn)象的發(fā)生，必須采取有效的防治措施。通過(guò)對(duì)實(shí)際案例進(jìn)行分析，以分析結(jié)果為依據(jù)，采取調(diào)整消弧線圈補(bǔ)償度的方式，可以確保發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)零序電壓的平衡與穩(wěn)定，避免出現(xiàn)定子接地現(xiàn)象，對(duì)減少機(jī)組跳閘概率具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]張建生，秦文忠，畢國(guó)軒.發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)零序電壓變化導(dǎo)致跳機(jī)的分析[J].電力安全技術(shù)，2014，（11）：2325.

[2]歐陽(yáng)帆，李輝，劉偉良.發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)零序電壓異常處理與分析[J].湖南電力，2013，（4）：2223.