刘月霞
国能河北龙山发电有限责任公司 河北省 涉县 056400
摘要:介绍某电厂定子接地保护动作跳闸事件。重点介绍了事件处理情况，对事件发生原因进行了分析和判断，提出相应的防范措施。发电机定子接地故障是最常见的发电机故障。发电机定子接地后，接地电流经故障点、三相对地电容、三相定子绕组而构成通路。当接地电流较大时，能在故障点引起电弧，造成定子绕组和定子铁芯烧伤，甚至扩大为相间或匝间短路。当电厂发电机定子接地保护动作时，现场运行及检修人员应及时掌握发电机一次设备及保护动作信息，并立即进行分析、判断和处理，确保机组安全稳定运行发电机出现定子接地故障报警后，应根据现场保护及设备动作情况，及时分析原因，做出准确判断，快速消除设备隐患，保障机组和电网安全运行。
关键词： 发电机 定子接地保护 PT故障 接地分析
1 情况概述
某电厂一期工程安装2×600MW火力发电机组，1#机组通过主变压器接入220kV升压站系统，有2条220KV线路出线；2#机组通主压变压器接入500kV系统，采用单元出线；厂内220KV系统与500kv系统没有联络变压器，即1#机组出线与2#机组出线为2个独立的系统，在电厂内没有电气联接。1#机组和2#机组厂用电起动和备用电源共用一组起备变，接自厂内220KV系统。
发电机为国产引进型机组，由北京北重汽轮电机有限责任公司和阿尔斯通发电有限公司联合生产，型号为 50WT23E-138，发电机轴密封为油密封，密封油系统为三流环式密封油系统，发电机的冷却为水氢氢，即定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、定子铁芯及定、转子表面构件氢冷。
发电机保护双重化配置，一套为美国GE公司生产的G60发电机管理继电器，另一套采用南瑞继保电气公司的RCS-985B发电机变压器成套保护装置，两套均为数字式微机保护。两套定子接地保护均采用基波零序过电压判据保护从机端开始90％的定子绕组单相接地故障，GE保护机端电压相电压、零序电压取自TV1二次、定子接地保护用基波零序电压取自接地变二次；南瑞保护机端电压相电压、零序电压取自TV2二次、定子接地保护用基波零序电压取自接地变二次；TV2相电压、TV1开口三角形电压、接地变二次电压均接入录波装置。
2 处理过程
通过查阅发变组保护装置动作信息及录波数据，两套保护装置“定子接地”保护均达到定值，录波显示发电机中性点零序电压及发电机机端零序电压跳闸前同时突然升高。可排除保护误动可能，确定为发电机系统一次设备存在故障。
发电机系统一次分两部分，即发电机本身和外出线回路。发电机本身即为发电机定子线圈部分及引出线； 外出线回路包括发电机出口至主变压器和高压厂变、励磁变压器间的离相封闭母线和与之联接的发电机出口三组PT和一组避雷器。
要对发电机本身内部故障点查找，须得发电机先排氢后才能打开发电机端盖的人孔门进行发电机定子线圈端部检查等发电机本身故障查找。这样时间就需好长时间，于是决定先对发电机的外出线回路部分进行故障查找。
组织人员对发电机定子、发电机封母、发电机出口PT、主变低压侧、高厂变高压侧、励磁变高压侧进行外观检查，未见异常。查封母微正压装置故障，跳机前压力为零且当时空气湿度较大，将发电机出口封母吹扫，处理好微正压装置打压至要求值，做发电机零起升压，三相电压仍不平衡，零序电压呈上升趋势，故障仍存在。
3 实际保护及录波动作分析
3.1 南瑞保护动作分析
查南瑞保护动作信息，基波定子接地保护启动，但出口没动作；起动后1-2个周波有效值，机端UA ：63.81V、UB：57.1V 、UC：55.16V 机端开口三角 7.52V、中性点电压 13.25V。数据分析同录波。
南瑞发电机零序电压定子接地保护简介：基波零序电压保护设两段定值，一段为灵敏段，另一段为高定值段。（1）灵敏段基波零序电压保护，动作于信号时,其动作方程为:中性点大于整定值（13V，2S），灵敏段动作于跳闸时，还需经主变高压侧零序电压闭锁，以防止区外故障时定子接地基波零序电压灵敏段误动。 （2）高定值段基波零序电压保护，动作方程为：中性点大于整定值（50V，2S）。跳闸时零序电压为13.25V，没有达到高定值段保护定值。南瑞定子接地保护还要判机端开口三角电压大于13/1.32=9.8V才出口,故障时机端开口三角电压为7.52V,所以南瑞定子接地仅起动不出口。
3.2 GE保护动作分析
G60装置定子接地保护简介：G60基波零序电压定子接地保护只有一段，定值为13V、2S，无任何闭锁，三次谐波定子接地保护判据为：、延时1S。
从G60事件记录看：18点45分45秒624毫秒 100%定子接地起动， 18点45分45秒639毫秒三次谐波定子接地返回，18点52分00秒832毫秒 辅助过压1（中性点零序电压）起动，18点52分02秒842毫秒 辅助过压1（中性点零序电压）动作，全停1出口。从录波图形（图2）看，故障前B相电压有点畸变，存在三次谐波分量，同时开口三角形也感应出三次谐波分量。导致G60装置三次谐波定子接地保护启动15MS，因未达到延时而没有动作（南瑞三次谐波定子接地保护判据为，因没有GE保护灵敏，所以没有启动）。基波零序电压因达到定值及延时时间而正确动作。
3.3引发保护动作的原因分析
发电机出口PT匝间短路故障是造成事故的直接原因。当发电机出口PT匝间短路时，发电机一次系统三相对地参数发生变化，三相对地一次电压不再平衡，由于发电机中性点采用经接地变高阻接地，中性点电压不再为零，中性点电压升高。中性点较高电压反映到接地变二次侧出现中性点零序电压，达到发变组“定子接地保护”电压定值13V，延时2秒后，“定子接地保护”动作，机组跳闸。故障后通过对PT检查试验判断PT一次绕组存在匝间短路现象。
发电机出口PT故障PT的型号为JDZX16-22，额定参数：22KV//0.1//0.1//0.1/3。生产厂家：大连北方互感器厂。
发电机出口PT故障的原因是制造质量不良。查阅故障PT以往高压试验数据，未发现有劣化趋势。机组并网后量测PT二次负荷三相平衡，负荷电流均小于额定电流，排除外回路电流超限引起 PT内部匝间短路。进一步查阅录波图，机组跳闸前三分钟，B相电压在最大值时多次出现突然下降，零序电压突升现象。分析匝间短路发生过程：首先电压高时PT一次绕组部分匝间绝缘瞬间击穿，几分钟后部分匝间绝缘彻底击穿，造成了PT内部匝间短路永久故障。PT为整体浇注干式结构，无外壳破损现象。对故障PT进行解体检查发现，一次线圈绝缘层之间存在着许多空气泡（进入空气），属于严重的制造工艺缺陷，在高电压的长期作用下，空气泡被分解游离，层间绝缘逐渐劣化，直至层间线匝短路。故PT制造质量不良是造成PT故障的原因。
结 论
通过以上分析结合保护装置功能特点，在发电机定子接地保护动作后，可按以下思路处理：
1 定子接地保护动作后，应根据当时故障信号和保护动作情况，灵活应用，并指定一位熟悉电气人员统一指挥，切不可慌乱。
2 根据保护及录波数据分析，并检查保护及二次回路接线，先排除装置故障、二次接线错误而导致的保护误动作
3 根据保护动作报文、故障录波数据分析，快速确定一次设备是否存在接地故障
4 根据保护动作报文、故障录波数据分析，判断接地形式，进一步判断接点位置，确定是发电机内部还是发电机外部故障
5 根据判断，按照先易后难的原则，对相关设备逐一进行排查，若机组故障可及时恢复，相应保持机组恒速，以方便机组并网；若故障一时不能排除，机组应及时进行停运处理，做好安全措施后，在进行故障点查找。
6 在用高压试验确定故障点并处理后再升压，如接地点在发电机内部，防止高压再次损坏故障部位。