水輪發(fā)電機(jī)定子接地故障分析及處理

1 設(shè)備概述

某水電廠發(fā)電機(jī)為300 Mw混流式機(jī)組 ,額定電壓為18kV ,發(fā)變組保護(hù)采用wFB-805A微機(jī)型發(fā)變組保護(hù)裝置 , 發(fā)電機(jī)接地方式為經(jīng)消弧線圈接地 ,定子接地保護(hù)采用雙頻兩段式保護(hù), 由基波零序電壓保護(hù)和三次諧波電壓保護(hù)組成。基波零序電壓保護(hù)可以保護(hù)定子繞組的80%左右 ,三次諧波電壓保護(hù)實(shí)現(xiàn)定子其余部分的保護(hù)。

2 定子接地原理

2. 1 基波零序電壓原理

單相接地時(shí)的基波零序電壓由機(jī)端TV處的開口三角處測(cè)得 ,3U0為定子接地時(shí)的零序電壓 ,測(cè)量零序電壓的接線圖如圖1所示。

圖1 測(cè)量零序電壓接線圖

定子單相接地時(shí) ,零序電壓U0 與接地點(diǎn)a的關(guān)系如圖2所

示。 圖中a為故障點(diǎn)與中性點(diǎn)距離 ,Eph為相電壓 ,接地故障點(diǎn)離中性點(diǎn)越遠(yuǎn) ,零序電壓越高 ,機(jī)端接地時(shí) ,零序電壓等于相電壓 ,故障點(diǎn)離中性點(diǎn)越近 ,零序電壓越低 , 因此在中性點(diǎn)附近有死區(qū)。發(fā)生單相接地及相間短路時(shí)無(wú)開口電壓 ,保護(hù)不動(dòng)作 。 即:當(dāng)故障點(diǎn)在機(jī)端時(shí) ,設(shè)a=100% ,則U0=Eph: 當(dāng)故障點(diǎn)在中性點(diǎn)時(shí) ,設(shè)a=0 ,則U0=0: 當(dāng)故障點(diǎn)在一相繞組的任一 點(diǎn)a時(shí) ,零序電壓U0=aEph,如圖2所示 , U0與a呈線性關(guān)系。

圖2 定子單相接地時(shí)U0與a的關(guān)系曲線

2.2 三次諧波電壓保護(hù)原理

三次諧波電壓的繼電保護(hù)是否動(dòng)作 , 是通過比較中性點(diǎn)三次諧波電壓和機(jī)端三次諧波電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)的 ,單相接地時(shí)三次諧波電動(dòng)勢(shì)分布等值電路圖如圖3所示 。其中 ,E3為三次諧波電動(dòng)勢(shì) , Us3為機(jī)端三次諧波電壓 , Un3為中性點(diǎn)三次諧波電壓 ,Cf為發(fā)電機(jī)對(duì)地電容 ,Cw為機(jī)端出線及設(shè)備對(duì)地電容。

正常運(yùn)行時(shí) , 中性點(diǎn)三次諧波電壓Un3總是大于機(jī)端三次諧波電壓Us3 ,保護(hù)不動(dòng)作。當(dāng)距離中性點(diǎn)50%的范圍內(nèi)發(fā)生接地故障時(shí) ,機(jī)端三次諧波電壓大于中性點(diǎn)三次諧波電壓 ,保護(hù)動(dòng)作。 中性點(diǎn)電壓Un3和機(jī)端電壓Us3隨故障點(diǎn)a的變化曲線如圖4所示。

3 事件經(jīng)過及處理

3. 1 事件經(jīng)過

機(jī)組在并網(wǎng)運(yùn)行過程中 , 定子接地保護(hù)2段(100%)動(dòng)作跳機(jī) ?，F(xiàn)地檢查發(fā)變組保護(hù)上有80%定子接地動(dòng)作報(bào)警和18 kV過電壓(零序) ,這些報(bào)警信息都反映了定子接地這一故障 ,基本可以確定該跳機(jī)信號(hào)是真實(shí)的 。跳機(jī)時(shí)導(dǎo)致甩負(fù)荷300 Mw ,造成機(jī)組115%過速延時(shí)動(dòng)作 ,水機(jī)保護(hù)裝置動(dòng)作 。

3.2 事件處理

為保證電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行 ,立即將備用機(jī)組并網(wǎng)轉(zhuǎn)移負(fù)荷 ,并將故障機(jī)組隔離以便維護(hù)人員對(duì)故障進(jìn)行處理 。事件處理過程如下:

(1)機(jī)組跳機(jī)后 ,值長(zhǎng)立刻將此情況匯報(bào)給省電力調(diào)度中心 ,通知檢修維護(hù)班組 ,并立即將備用機(jī)組并網(wǎng) ,保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

(2)斷開機(jī)組中地刀閘 ,取下機(jī)端1#、2#、3#、4# PT一次保險(xiǎn)進(jìn)行測(cè)量 ,發(fā)現(xiàn)3# PTB相保險(xiǎn)熔斷 ,更換新配件。

(3)斷開機(jī)組出口開關(guān) ,拉開甲刀閘等 ,用搖表2 500 V檔在PT高壓側(cè)或發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地刀閘處搖定子三相絕緣均正常。

(4)經(jīng)檢查發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁變 、出 口PT等外圍設(shè)備一 次側(cè)不存在接地點(diǎn)。

4 故障原因分析

經(jīng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)PT一次保險(xiǎn)3# PTB相熔斷 ,發(fā)電機(jī)定子的勵(lì)磁變 、出 口PT等外圍設(shè)備一 次側(cè)不存在接地點(diǎn) ,可判定不是定子真實(shí)接地 , 即排除繞組絕緣降低、絕緣擊穿、機(jī)端設(shè)備接地等原因引起的定子接地保護(hù)動(dòng)作 。隨后 ,現(xiàn)場(chǎng)對(duì)機(jī)組的1#、2#、3#、4# PT(圖5)進(jìn)行伏安特性試驗(yàn) ,在對(duì)2# PT進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn) ,2# PTB相電流突然增大 , 后又對(duì)其做了3次試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證 ,其中后面兩次均正常 ,將3# PTB相更換至2# PTB相 ,機(jī)組經(jīng)零起升壓運(yùn)行正常 ?；谶@種現(xiàn)象 ,判斷2# PTB相內(nèi)部為間歇性故障 , 最后又將相同型號(hào)的備件更換至3# PTB 相 ,并將4組PT全部投入運(yùn)行 ,對(duì)機(jī)組做零起升壓 ,機(jī)組運(yùn)行正常 ,可以確認(rèn)事故原因系2# PTB相間歇性故障導(dǎo)致的定子接地保護(hù)動(dòng)作。

5 結(jié)語(yǔ)

本次事故信號(hào)上位機(jī)報(bào)100%定子接地 ,現(xiàn)地實(shí)際為80%定子接地 ,上位機(jī)的信號(hào)不能正確反映實(shí)際情況 ,應(yīng)及時(shí)校對(duì)更改這類信號(hào) 。另外 , 由于廠內(nèi)設(shè)備已運(yùn)行多年 ,根據(jù)機(jī)組PT 已出現(xiàn)間歇性故障導(dǎo)致跳機(jī)的情況 ,今后需對(duì)影響機(jī)組發(fā)電的重要設(shè)備和元件進(jìn)行定期預(yù)防性試驗(yàn) , 以盡可能發(fā)現(xiàn)異常 ,一 旦發(fā)現(xiàn)異常要及時(shí)更換處理 ,確保發(fā)電設(shè)備運(yùn)行可靠 。 同時(shí) ,應(yīng)制定相應(yīng)的應(yīng)急處置預(yù)案 ,定期開展反事故演習(xí)活動(dòng) ,提高現(xiàn)場(chǎng)人員快速處理事故的能力和水平。