武薇

摘要：發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地是發(fā)電機(jī)常見的一種故障形式。主要由繞組對地（鐵芯）絕緣損壞如：過電壓，不平衡電流或通風(fēng)故障引起的過熱，短路或失步引起的機(jī)械力等引起，接地點(diǎn)電流是發(fā)電機(jī)和出口元件對地電容電流之和，當(dāng)接地電流大到一定程度并持續(xù)一定時間后，將燒壞定子鐵芯，定子繞組絕緣損壞。甚至?xí)鹪验g短路或相間短路，使發(fā)電機(jī)造成嚴(yán)重?fù)p壞。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)

一、事件回顧

2015年04月27日，我司 “#4機(jī)定子接地跳閘”、“發(fā)電機(jī)失磁聯(lián)跳”光字牌亮，#4發(fā)電機(jī)“定子接地保護(hù)（基波）”信號間斷報警11次，最后由瞬時性接地故障發(fā)展為永久性接地故障。運(yùn)行人員手動停機(jī)后，經(jīng)電氣檢修人員檢查是因?yàn)?4發(fā)電機(jī)20KV封閉母線內(nèi)結(jié)露積水，使得盤式密封套管帶水受潮，絕緣性能下降，盤式絕緣子出現(xiàn)沿面閃烙造成單相接地。

二、發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)原理：

1、大型發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)應(yīng)該滿足以下三個基本要求：

① 故障點(diǎn)電流不應(yīng)超過安全電流;

② 有100%保護(hù)區(qū);

③ 保護(hù)區(qū)內(nèi)任一點(diǎn)發(fā)生接地故障時保護(hù)應(yīng)有足夠的靈敏度。

2、我廠100%定子接地保護(hù)原理：

我廠#1-#6發(fā)電機(jī)均配置由反應(yīng)定子基波零序電壓和反應(yīng)三次諧波電壓共同構(gòu)成的100%定子接地保護(hù)，分別出口，各自動作于信號或解裂滅磁。

三次諧波電壓分別取自機(jī)端和中性點(diǎn)。

發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地后，可使接地故障電流減小到安全電流以下（300MW）及以上發(fā)電機(jī)一般都欠補(bǔ)償?shù)?A以下），從而有效地防止了接地故障發(fā)展成為相間或匝間短路，使故障點(diǎn)電弧存在時間大為縮短，特別是在補(bǔ)償良好時更是如此，同時使發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)具有較高的靈敏度。

現(xiàn)階段，100%定子接地保護(hù)被廣泛采用。運(yùn)行實(shí)踐表明，三次諧波保護(hù)正確動作率低。主要原因是調(diào)整不當(dāng)，目前國內(nèi)廣泛采用的三次諧波保護(hù)的動作方程為：│K1 US3 - K2 UN3 │≥βUN3

設(shè)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)為N端，機(jī)端為S端，我們常用│K1 US3 - K2 UN3 │作為動作量，而用βUN3作為制動量。

式US3 為機(jī)端三次諧波電壓（二次側(cè)）;UN3 為中性點(diǎn)三次諧波電壓（二次側(cè)）;K1 K2為調(diào)整系數(shù);β為制動比系數(shù)。

該保護(hù)的特點(diǎn)是無整定值，要在發(fā)電機(jī)額定電壓下調(diào)平衡。即在發(fā)電機(jī)空載或輕載時調(diào)整K1，K2，使動作方程左側(cè)為零或很小。

實(shí)際上，由于UN3 與US3 一般很?。òl(fā)電機(jī)空載時只有0.3-0.4V），當(dāng)基波零序電壓較大時，如果沒有特殊儀表能反映UN3 與US3大小及相位關(guān)系，一般情況下，要使K1 US3與 K2 UN3大小相等、相位相同是非常困難的。

此外，隨著發(fā)電機(jī)工況的變化，UN3 與US3之間的相位也有些變化，那么β取何值時才能保證三次諧波保護(hù)的靈敏度及可靠性呢？一般不知道。

此外，在沒有專用測試儀表的情況下，由于UN3 與US3很小，保護(hù)接入回路有問題也難以發(fā)現(xiàn)。某電廠曾發(fā)生過將三次諧波保護(hù)中性點(diǎn)電壓輸入回路接在中性點(diǎn)出線的TA上（電壓回路接電流回路），致使定子接地保護(hù)誤動2次，經(jīng)濟(jì)損失很大。

三、我廠定子接地保護(hù)動作情況分析：

根據(jù)保護(hù)班對我廠#1-#6機(jī)組定子接地保護(hù)動作情況的數(shù)據(jù)，我們對保護(hù)動作結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計，見下表：

根據(jù)上表數(shù)據(jù)，我廠定子接地保護(hù)動作11次，分析如下：

①基波零序電壓累積動作6次，正確動作6次，不正確動作為0次。

其中5次為發(fā)電機(jī)電壓互感器本體故障，發(fā)生故障的原因是我廠發(fā)電機(jī)出口PT均采用沈陽互感器廠生產(chǎn)的JDZX1—20型中性點(diǎn)接地的半絕緣樹脂電壓互感器。該產(chǎn)品從設(shè)計上就存在重大缺陷，PT的鐵芯外露，出廠試驗(yàn)不做局部放電試驗(yàn)。目前我廠已經(jīng)淘汰該產(chǎn)品，現(xiàn)已將原固定式的PT本體更換為沈陽互感器廠生產(chǎn)的新型全封閉環(huán)氧樹脂抽屜式電壓互感器。

發(fā)電機(jī)20KV封閉母線接地故障1次，發(fā)生故障的原因是因微正壓裝置未投及連續(xù)的陰雨天氣情況下，封閉母線內(nèi)結(jié)露積水，使得盤式密封套管帶水受潮，絕緣性能下降，盤式絕緣子出現(xiàn)沿面閃烙造成單相接地。在封母和微正壓裝置改造之前，為防止封母內(nèi)進(jìn)水和潮氣，現(xiàn)有的微正壓裝置盡快可靠地投入運(yùn)行，封閉母線發(fā)生單相接地故障的隱患將進(jìn)一步減少。

以上分析說明我廠定子接地保護(hù)基波零序電壓部分能夠正確反映機(jī)組故障，并且保護(hù)可以正確可靠動作。

②三次諧波電壓累積動作5次，正確動作2次，不正確動作為3次。

發(fā)電機(jī)電壓互感器一次保險故障2次，故障原因分別為保險熔斷和保險中部過熱，發(fā)電機(jī)定子接地報警信號是利用接在發(fā)電機(jī)出口側(cè)的電壓互感器開口三角形繞組的電壓或發(fā)電機(jī)尾部中性點(diǎn)經(jīng)阻抗元件實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)電壓互感器高壓側(cè)熔斷器熔斷時，其開口三角繞組的電壓也要上升，機(jī)端三次諧波電壓變大，發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)正確動作。

發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電壓互感器二次保險接觸不良2次，導(dǎo)致中性點(diǎn)三次諧波電壓（二次側(cè)）UN3變小，制動量減少，引起保護(hù)動作。

四、定子單相接地保護(hù)投運(yùn)方式：

現(xiàn)階段國內(nèi)的大型汽輪發(fā)電機(jī)的定子接地保護(hù)大多是由基波零序電壓定子接地保護(hù)和三次諧波電壓定子接地保護(hù)兩部分構(gòu)成。然而運(yùn)行實(shí)踐表明，對于100%定子接地保護(hù)，其三次諧波電壓型定子接地保護(hù)經(jīng)常誤動，很多機(jī)組的三次諧波電壓定子接地保護(hù)，常常會出現(xiàn)誤動和誤發(fā)信號的情況，原因多半仍是其原理不夠成熟造成的。故有關(guān)部門建議三次諧波保護(hù)只投信號。

在上述安全電流下，若定子接地保護(hù)動作后只發(fā)信號而不立即跳閘，應(yīng)及時處理，不再繼續(xù)運(yùn)行，因?yàn)槿绻侔l(fā)生另一點(diǎn)接地故障，發(fā)電機(jī)將發(fā)生災(zāi)難性后果。