一起發(fā)電機出口TV故障引發(fā)機組跳閘的原因及動作情況分析

蔣建旭，王建偉

（華電濰坊發(fā)電有限公司，山東 濰坊 261204）

一起發(fā)電機出口TV故障引發(fā)機組跳閘的原因及動作情況分析

蔣建旭，王建偉

（華電濰坊發(fā)電有限公司，山東 濰坊 261204）

通過介紹某電廠一起發(fā)電機出口TV故障引發(fā)機組跳閘事故，對事故發(fā)生原因進行分析和判斷，并提出相應防范措施。當發(fā)電機出現故障后，應根據現場保護動作及設備情況及時分析原因，準確判斷出是一次設備還是二次設備造成，并快速消除設備隱患，保證機組安全穩(wěn)定運行。

TV；定子接地；保護；措施

發(fā)電機定子接地故障是最常見的發(fā)電機故障。發(fā)電機定子接地后，接地電流經故障點、三相對地電容、三相定子繞組構成通路。當接地電流故障較大時，能在故障點引起電弧，造成設備燒傷，甚至擴大為發(fā)電機相間或匝間短路［1］。當電廠發(fā)電機出現定子零序電壓保護動作時，現場運行及檢修人員應及時掌握發(fā)電機一、二次設備及保護動作信息，并立即進行分析、判斷和處理，確保機組安全穩(wěn)定運行［2］。

1 事故經過

2014年7月3日，某電廠3號機670 MW機組擴大性小修后啟動試運過程中，機組有功功率483 MW，無功功率183 Mvar，勵磁系統(tǒng)5臺整流柜并列運行，17：49機組跳閘，首出原因“發(fā)變組定子零序電壓保護動作”，主變220 kV斷路器203跳閘，滅磁斷路器Q02跳閘，6 kV工作ⅢA、ⅢB、ⅢC段廠用電切換成功。

2 設備檢查情況

事故發(fā)生后，電氣人員在負責人現場指揮下，立即按照發(fā)電機一、二次設備進行檢查。繼電保護人員核對3號發(fā)電機系統(tǒng)參數和定子接地保護定值正確，并進行了保護補充校驗，校驗、傳動試驗正常，同時檢查發(fā)電機定子接地二次回路也正常。高壓、運行人員就地檢查3號發(fā)電機TV柜后倉門鼓開，立即采取隔離措施進行設備檢查。以下是發(fā)電機出口TV柜現場檢查情況。

a.發(fā)電機出口TV柜后門、側門鼓開，上部封閉母線連接處橡膠伸縮套裂開；2TV中性點至發(fā)電機中性點連接電纜斷成3節(jié)。發(fā)電機出口TV柜事故后檢查情況見圖1。

圖1 發(fā)電機出口TV柜事故后情況

b.2TV B相動觸頭燒蝕，2TV A、2TV B、2TV C相穿墻套管根部熔斷，與柜體有放電拉弧現象，柜體背板局部燒穿，部分絕緣子局部破損。發(fā)電機出口TV柜2TV穿墻套管事故后情況見圖2。

c.發(fā)電機中性點接地變壓器上部電纜接線處燒斷，對柜體有放電現象。2TV A、2TV B、2TV C、1TV A相一次保險脫落。發(fā)電機中性點接地變壓器電纜事故后情況見圖3。

圖2 發(fā)電機出口TV柜2TV穿墻套管事故后情況

圖3 發(fā)電機中性點接地變壓器電纜事故后情況

除發(fā)電機TV柜檢查外，電氣高壓試驗人員還對發(fā)電機本體、機端、中性點及發(fā)電機封母、TA、避雷器及其附屬設備外觀進行了檢查，沒有發(fā)現明顯異常。同時對發(fā)電機定子直阻、絕緣、耐壓進行了測量試驗。測量發(fā)電機定子絕緣、直阻合格、直流耐壓試驗合格，發(fā)變組系統(tǒng)（發(fā)電機、封閉母線、主變、勵磁變、接地變）絕緣合格。

3 保護動作過程情況分析

為盡快找出設備故障原因，確認發(fā)電機能否及時恢復運行，繼電保護人員在沒有找出具體故障原因的情況下，通過調取3號機發(fā)變組保護柜A、B屏故障記錄及3號機發(fā)變組錄波器錄波記錄，3號機發(fā)變組錄波器錄波記錄情況見圖4，對此次機組跳閘保護動作情況進行了分析，查找故障原因。查閱3號機發(fā)變組保護A、B屏故障記錄，發(fā)變組保護A、B屏報文均顯示“定子接地保護動作”，“主變差動保護動作”。

從錄波圖上分析，可以得出如下結論。

圖4 3號發(fā)變組錄波器錄波記錄

a.0 ms發(fā)電機零序電壓突變啟動錄波，發(fā)電機B相電壓降至5 V（二次值）。A相、C相電壓明顯升高，這是典型的B相接地故障，而且從電壓大小判斷，B相是金屬性接地故障，故障位置在機端。

b.經過224 ms（定子接地保護延時為0.2 s，10個周波）“發(fā)變組定子零序電壓保護”動作，主變220 kV斷路器203跳閘。滅磁Q02斷路器跳閘，6 kV工作ⅢA、ⅢB、ⅢC段廠用電切換成功，發(fā)電機定子電流降至0。

c.經過390 ms發(fā)電機C、A相電壓先后降至0，故障由B相接地發(fā)展為B、C兩相接地短路。主變220 kV斷路器203跳開后，緊接著經過7、8個周波，發(fā)電機出口電流突然出現了三相電流，發(fā)電機出口A、B、C相二次電流升至15 A，持續(xù)時間0.6 s（衰減至額定電流），最大故障電流約為4.25倍的額定電流（發(fā)電機二次額定電流為3.58 A，TA變比30 000／5，對應故障電流約90 kA），說明此時發(fā)展為A、B、C三相接地短路。短路故障位置在主變壓器差動保護范圍內，因此，變壓器差動保護動作。

由于定子接地保護跳閘后，到短路故障前，持續(xù)時間太短，只有7、8個周波，相對秒級的衰減時間常數，這個過程太短，看不出發(fā)電機電壓呈指數衰減。如果在定子接地保護跳閘后沒有轉換成短路故障，可以看到發(fā)電機電壓逐漸衰減的過渡過程。三相穩(wěn)態(tài)短路故障時，由于發(fā)電機電樞磁場是一個恒幅、同步旋轉的圓形旋轉磁場，轉子繞組中不會感應電動勢和電流，發(fā)電機電壓降為0，此時發(fā)電機出口三相電流可以看到明顯的非周期衰減的過渡過程。而此次事件在定子接地保護跳閘之后瞬間轉換成短路故障，使得情況有很大差別。由于發(fā)電機勵磁電流仍然存在，此時發(fā)電機電樞電流和電樞旋轉磁動勢的幅值隨時間變化。從而使發(fā)電機定、轉子繞組有類似于變壓器的作用，這一幅值變化的發(fā)電機電樞磁場將在轉子繞組中產生感應電動勢和電流，此電流又會影響發(fā)電機定子繞組中的電流，這就是發(fā)電機出口電流突然出現三相電流的原因。

d.查閱“《GBT 7064—2008隱極同步發(fā)電機技術要求》容量在1 200 MVA以下的發(fā)電機允許的過電流時間和過電流倍數符合公式（I2－1）t＝37.5 s計算”，根據公式進行計算有37.5／（4.252－1）＝2.2 s。計算結果說明發(fā)電機在90 kA（4.25倍額定電流）的故障電流下可以連續(xù)運行2.2 s，大于本次故障電流實際持續(xù)的時間（0.6 s）。因此，這次事故的短路電流不算太大，對發(fā)電機定子繞組影響不大。

4 原因排查分析

結合現場設備檢查情況及保護動作過程情況分析，排除了二次設備造成事故的因素，確定造成本次B相單相接地的因素是TV柜內一次設備造成，重新對TV柜內相關設備進行排查［3－4］。

a.TV柜內進水汽、凝露、封母漏水。經排查TV柜內無進水汽、凝露情況，打開封母檢查封母內干燥無受潮、凝水跡象；排除因受潮引起絕緣降低導致接地的因素。

b.TV柜絕緣板和絕緣穿墻套管老化絕緣降低。故障后對絕緣板和絕緣穿墻套進行耐壓試驗，試驗合格，排除絕緣板和絕緣穿墻套管老化絕緣降低引起接地的因素。

c.TV觸頭接觸不良引起穿墻套管發(fā)熱絕緣降低。檢查全部TV一次保險完好，保險熔斷電流0.5 A，接觸電阻不會引起足夠的發(fā)熱量導致穿墻套管絕緣降低。

d.TV柜內異物引起絕緣距離不夠，絕緣擊穿。檢查柜內、柜頂有照明、加熱電源線，絕緣等級低，當綁扎松動或扎帶老化斷開掉落到裸露母線上時，必定引起短路接地，同時三相短路時因電弧污染引起2TV中性點至發(fā)電機中性點電纜與故障點短路，流過故障電流燒斷電纜。由此判斷這是造成本次B相單相接地的原因之一。

本次機組跳閘的原因為，機組運行中，TV柜B相柜內、柜頂照明加熱電源線綁扎松動或扎帶老化斷開掉落到裸露母線上，造成TV柜后倉內B相發(fā)生接地故障，發(fā)電機B相電壓降至5 V（二次值），發(fā)電機出口零序電壓98 V（二次值），發(fā)電機中性點電壓升至相電壓50 V（二次值），達到發(fā)電機定子接地保護定值（零序電壓高定值25 V，零序電壓延時0.2 s），定子接地保護動作，保護出口跳閘。隨后TV柜體內有放電拉弧現象，發(fā)展為B、C兩相接地短路，進而發(fā)展為A、B、C三相接地短路，致使TV柜體背板局部燒穿，部分絕緣子局部破損。

5 防范措施

a.對TV柜后倉內銅排加裝絕緣護套，柜體間加裝隔板，并對絕緣板和支撐絕緣子涂刷RTV。

b.對TV柜內、柜頂照明、加熱電源線存在綁扎不緊松動或扎帶老化斷開掉落到裸露母線上引起短路接地故障的危險因素，進行逐一排查并重新安全固定，可以采取加裝接線盒的方法固定柜頂照明、加熱電源線。

c.利用機組檢修機會，將所有分級絕緣的TV更換為全絕緣型TV。并加強發(fā)電機TV的巡檢和定期工作，定期測量發(fā)電機TV的溫度、濕度等。

d.利用機組檢修機會，對其它機組相同部位設備進行仔細檢查和定期試驗，同時加強電氣人員和運行人員綜合素質，提高設備故障時的處理能力［5］。

6 結束語

通過此次事故可知，一旦發(fā)電機發(fā)生故障，伴隨設備保護故障報警和跳閘時，應及時打印保護動作、機組錄波器報告并進行分析，迅速判斷設備故障是一次設備還是二次設備造成。然后逐一對發(fā)電機相關設備進行檢查，找到設備故障原因。同時結合此次事故，發(fā)現發(fā)電機出口TV柜存在影響機組安全穩(wěn)定運行的設計缺陷和隱患，制定了相應的防范措施并掌握同類型機組故障的處理方法，對存在隱患的設備進行綜合治理和消除，全面提高發(fā)電機安全運行水平。

［1］ 王寶林，王洪亮.勵磁涌流引起勵磁調節(jié)器輸出異常分析及防范措施［J］.東北電力技術，2013，34（12）：24－26.［2］ 邵寶珠，宋 丹，王優(yōu)胤.小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線方法［J］.東北電力技術，2010，31（8）：23－26.

［3］ 王秀霞，龔 濤，王學榮.20 Hz電源注入式定子接地保護裝置原理及應用［J］.東北電力技術，2013，34（1）：44－45.

［4］ 李大鵬，張 畫，李 騰.基于特征頻帶小波包分析的小電流接地故障選線研究［J］.東北電力技術，2012，33（7）：17－19.

［5］ 張小兵.一起發(fā)電機接地保護動作導致機組跳閘事故的分析和處理［J］.華電技術，2011，33（2）：37－38.

Analysis on Unit Trip Caused by Generator Outlet TV Fault

JIANG Jian?xu，WANG Jian?wei
（Huadian Weifang Generation Co.，Ltd.，Weifang，Shandong 261204，China）

A power plant generator outlet TV unit trip fault is introduced.Analysis and determinations for the fault is carried out and corresponding prevention measures are proposed.When there is something wrong with the generator，timely analysis should be made according to the on?site protection operation and equipment.It should be identified whether it is due to primary equipment or secondary equipment and quickly eliminate the hidden danger of the equipment，thus ensuring the safe and stable operation of the unit.

TV；Staor ground；Protection；Measure

TM31

A

1004－7913（2015）05－0032－04

蔣建旭（1985—），男，學士，助理工程師，從事電廠繼電保護技術研究工作。

2015－01－21）