發(fā)電機(jī)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(shè)備有限公司，黑龍江 哈爾濱150000 3、哈爾濱電氣動(dòng)力裝備有限公司，黑龍江 哈爾濱150000）

一般大型發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)是不采用直接接地的方式的，因此當(dāng)發(fā)電機(jī)在運(yùn)行出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，出現(xiàn)問(wèn)題的故障點(diǎn)會(huì)流過(guò)對(duì)地電容電流，而該電容電流所形成的電弧將會(huì)損害發(fā)電機(jī)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(huì)形成相當(dāng)具有危險(xiǎn)性的相間或者匝間的短路問(wèn)題，情況嚴(yán)重時(shí)還會(huì)燒毀發(fā)電機(jī)。

1 國(guó)內(nèi)外關(guān)于接地故障保護(hù)方案研究的發(fā)展現(xiàn)狀

為保證電力的穩(wěn)定安全運(yùn)行有關(guān)方面應(yīng)當(dāng)制定科學(xué)的接地故障保護(hù)方案，避免用電事故的發(fā)生。結(jié)合國(guó)內(nèi)外這方面的發(fā)展現(xiàn)狀而言，常見(jiàn)的發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)方案包含雙頻式定子單相接地保護(hù)、電源注入式定子接地保護(hù)這兩種。首先，針對(duì)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(hù)方案之上的統(tǒng)稱(chēng)，通過(guò)應(yīng)用該方案，可以起到一定的接地故障保護(hù)效果，目前應(yīng)用較為廣泛。其次，第二種方案的應(yīng)用，也具有接地故障保護(hù)效果。

相比較第一種方案而言，第二種方案的使用則會(huì)讓接地故障的的保護(hù)工作得以更加順利的展開(kāi)，此種方案是利用外加的電源來(lái)實(shí)現(xiàn)單相接地故障的發(fā)生，外加的電源注入式定子接地保護(hù)，利用的就是絕緣的原理，也就是在內(nèi)部發(fā)動(dòng)機(jī)處于正常工作三相定子回路對(duì)地處于絕緣狀態(tài)，不過(guò)這種絕緣狀態(tài)也并非始終存在，當(dāng)遇到對(duì)地絕緣在發(fā)生單相接地故障時(shí)絕緣狀態(tài)就會(huì)自動(dòng)消失，當(dāng)絕緣狀態(tài)遭到破壞時(shí)，也就說(shuō)明發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障，這樣就可以明顯的區(qū)分發(fā)電機(jī)是否處于正常運(yùn)行的狀態(tài)了。當(dāng)然對(duì)于區(qū)分發(fā)電機(jī)是否出現(xiàn)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(hào)電源來(lái)判斷發(fā)電機(jī)是否正常運(yùn)行，想要判斷發(fā)電機(jī)是否處于正常的工作狀態(tài)，可以通過(guò)對(duì)電流的觀察來(lái)進(jìn)行判斷，如果發(fā)電機(jī)處于正常的工作狀態(tài)，那么此時(shí)的信號(hào)電源則不會(huì)產(chǎn)生電流，反之則信號(hào)電源會(huì)產(chǎn)生較大的電流。信號(hào)電源是外加的，因此在位置上并不會(huì)受到限制，對(duì)定子接地可以進(jìn)行100%的保護(hù)。這種保護(hù)無(wú)論是發(fā)電機(jī)處于什么狀態(tài)下都是可以對(duì)其進(jìn)行保護(hù)的，靈敏度很高另外對(duì)于絕緣的檢測(cè)也可以發(fā)揮作用，因此這種接地保護(hù)的發(fā)展前景是很好的。

2 發(fā)電機(jī)定子接地的故障以及處理

2.1 定子接地的故障及判斷

發(fā)電機(jī)發(fā)出“定子接地”報(bào)警后，應(yīng)判明接地相別和真、假接地。當(dāng)定子一相為金屬性接地時(shí)，通過(guò)切換定子電壓表可測(cè)得接地相對(duì)地電壓為零，非接地相對(duì)地電壓為線電壓，各線電壓不變且平衡。定子絕緣電阻測(cè)量測(cè)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(fā)電機(jī)電壓互感器開(kāi)口三角繞組的兩端，因此，正常運(yùn)行時(shí)“定子接地”電壓表的指示為零，當(dāng)定子繞組出現(xiàn)一相接地時(shí)，因開(kāi)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(yīng)為100/3=100V。如果一點(diǎn)接地發(fā)生在定子繞組的內(nèi)部或發(fā)電機(jī)出口，且為電阻性，或接地發(fā)生在發(fā)變組主變壓器低壓繞組內(nèi)，切換測(cè)量定子電壓表，測(cè)得接地相對(duì)地電壓大于零而小于相電壓，非接地相對(duì)地電壓大于相電壓而小于線電壓，“定子接地”指示小于100V。當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓互感器高壓側(cè)一相或兩相熔斷器熔斷時(shí)，其二次側(cè)開(kāi)口三角繞組端電壓也要升高。如U相熔斷器熔斷，發(fā)電機(jī)各相對(duì)地電壓未發(fā)生變化，仍為相電壓，但電壓互感器的二次側(cè)電壓測(cè)量值因U相熔斷發(fā)生了變化，即UVW 降低，而UVW 仍為線電壓，各相對(duì)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(fā)“定子接地”信號(hào)。

2.2 發(fā)電機(jī)定子接地的處理

針對(duì)發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)定子接地的故障，首先應(yīng)當(dāng)確保按照發(fā)電機(jī)本身的規(guī)格進(jìn)行區(qū)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(fā)電機(jī)且接地的電容電流沒(méi)有達(dá)到5A時(shí)，如果沒(méi)有及時(shí)的對(duì)發(fā)電機(jī)的故障進(jìn)行解決措施時(shí)可以在2 個(gè)小時(shí)內(nèi)在電網(wǎng)一點(diǎn)接地時(shí)進(jìn)行短暫的運(yùn)行工作；而如果是容量大于150MW的發(fā)電機(jī)且電容電流大于5A時(shí)，如果發(fā)電機(jī)同樣發(fā)生了發(fā)電機(jī)定子接地的故障，為了保障發(fā)電機(jī)內(nèi)部的安全，則必須要多發(fā)電機(jī)做出以下兩種措施，一是對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行并列，而是對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行滅磁，這兩種方法都可以在一定程度上避免發(fā)電機(jī)在出現(xiàn)故障時(shí)對(duì)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(huì)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(dāng)接收到定子接地的警告時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)真假接地進(jìn)行辨別，針對(duì)真假接地的狀況應(yīng)當(dāng)做出不同的應(yīng)對(duì)措施，針對(duì)真接地的狀況應(yīng)當(dāng)對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行較為徹底的檢查，以確保發(fā)電機(jī)可以及時(shí)的被查出確定的原因以及時(shí)的解決問(wèn)題。如果出現(xiàn)了接地點(diǎn)出現(xiàn)在發(fā)電機(jī)的外部，應(yīng)及時(shí)的采取才出的措施。采取的措施可以是將常用電倒地相對(duì)地電壓降低，非接地相對(duì)地的電壓升高，保持線電壓不變。如果是假接地時(shí)，則是相對(duì)地電壓不會(huì)出現(xiàn)升高的情況，線電壓也不會(huì)出現(xiàn)平衡的狀況。

3 同步發(fā)電機(jī)定子單相接地故障的處理方法

引起發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障的因素有很多，不過(guò)對(duì)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生較大的影響的也是最為常見(jiàn)的一種故障就是定子繞組單相接地，而且一旦這種故障發(fā)生，就會(huì)引起更為嚴(yán)重的繞組內(nèi)部的短路故障。而想要降低內(nèi)部短路的發(fā)生幾率，則可以利用定子繞組單相接地進(jìn)行保護(hù)，因?yàn)檫@種故障會(huì)帶來(lái)較大的損失，因此在如果這種方法帶來(lái)了保護(hù)的作用，則可以在一定程度上減輕一定的經(jīng)濟(jì)損失。而如果想要對(duì)這種故障進(jìn)行處理還有更加有效且簡(jiǎn)單的方法，就是采用基波零序電壓構(gòu)成的定子接地保護(hù)的原理，不過(guò)雖然這種方法的優(yōu)點(diǎn)很多，但是也存在著一定的缺陷，這種方法很容易因?yàn)槠湔ㄖ蹈叨荒軇?dòng)作會(huì)在中性點(diǎn)的周?chē)a(chǎn)生死區(qū)。因此為了對(duì)這一缺陷進(jìn)行彌補(bǔ)，消除中性點(diǎn)附近的死區(qū)，對(duì)定子接地進(jìn)行全方位的無(wú)死區(qū)的保護(hù)，對(duì)定子接地進(jìn)行保護(hù)的方法應(yīng)當(dāng)采取正確的理念，例如對(duì)傳統(tǒng)的三次諧波電壓的保護(hù)理念的應(yīng)用，就可以對(duì)定子接地進(jìn)行全方位的無(wú)死區(qū)的保護(hù)，但是運(yùn)用這種理念也并非沒(méi)有其他的顧慮，傳統(tǒng)的三次諧波電壓的保護(hù)理念由于一些特定的因素會(huì)在一定程度上影響本身的靈敏程度，而如今隨著我國(guó)對(duì)發(fā)電機(jī)各方面要求的不斷提高，使得三次諧波電壓保護(hù)并不能很好的滿(mǎn)足現(xiàn)狀。

4 單相接地故障保護(hù)方案研究的重要意義

經(jīng)過(guò)對(duì)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和對(duì)理論進(jìn)行詳細(xì)的分析可以得出以下結(jié)論：對(duì)發(fā)電機(jī)的內(nèi)部破壞性最強(qiáng)的故障為定子繞組內(nèi)部故障。但從定子繞組本身對(duì)發(fā)電機(jī)的傷害來(lái)說(shuō)，傷害的程度還不算大，但是由于這種故障出現(xiàn)的頻率較高，而且常常就會(huì)引起內(nèi)部相間或者是匝間短路的故障，而定子繞組單相接地保護(hù)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(nèi)部短路故障的發(fā)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(duì)發(fā)電機(jī)定子鐵芯的傷害，從而可以降低一定的經(jīng)濟(jì)損失。因此，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)定子繞組單相接地的保護(hù)。以來(lái)減少出現(xiàn)內(nèi)部短路故障。

5 定子單相接地保護(hù)的展望

近些年，在電力系統(tǒng)中不斷有新技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，這些新技術(shù)的應(yīng)用為讓物質(zhì)基礎(chǔ)光學(xué)電流和電壓互感器得到了更好的應(yīng)用，而且一些高科技的器件對(duì)發(fā)電機(jī)的保護(hù)性能的提高有著很大的意義和影響。在對(duì)定子接地的故障，還有相當(dāng)一部分的學(xué)者將很多理論性的知識(shí)和應(yīng)用添加到對(duì)繼電的保護(hù)當(dāng)中，不僅在一定程度上豐富了原有的繼電保護(hù)理論，還使得繼電保護(hù)理論的應(yīng)用和發(fā)展。

而對(duì)于發(fā)電機(jī)的三次諧波電勢(shì)而言，對(duì)靈密度會(huì)有一定的影響，從而導(dǎo)致三次諧波保護(hù)在運(yùn)行當(dāng)中存在著較大的不穩(wěn)定性因素。而傳統(tǒng)的基波零序和外加的信號(hào)電源兩種保護(hù)對(duì)定子接地保護(hù)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(jīng)基本達(dá)到了上限，因此對(duì)新型的基于暫態(tài)量保護(hù)的研究是目前應(yīng)當(dāng)充分得到重視的。

6 結(jié)論

綜上所述，我國(guó)對(duì)發(fā)電機(jī)定子單相接地暫態(tài)的保護(hù)方面，對(duì)自適應(yīng)和故障分量的原理上獲得了較大的進(jìn)展，研究出很多的保護(hù)方案，但是這些保護(hù)方案，無(wú)論是處理的靈敏度還是保護(hù)的可靠性都不夠高，還需要研究人員進(jìn)行深入地研究。