秦一廠發(fā)電機定子接地保護誤動分析及與秦二廠的比較

李雁翔

2010年8月30日，秦山一廠在大修結束后升功率到230MW時發(fā)電機突然跳閘，連跳汽機停機，反應堆停堆。事后經檢查為主發(fā)變組第二套保護裝置的發(fā)電機定子95%接地保護動作出口，跳開發(fā)電機出口斷路器，并連鎖停機停堆。

秦山一廠的發(fā)電機95%定子接地保護為基波零序電壓保護裝置，共設置兩套，所需零序電壓信號分別取自發(fā)電機出口的1#和2#電壓互感器，保護定值為7V，當零序電壓超過保護定值并持續(xù)500ms即跳開發(fā)電機出口斷路器。

通過事故后對錄波文件和保護系統(tǒng)文件的分析，發(fā)現2#電壓互感器的A相曾消失900ms以及與此同時保護裝置測得的零序電壓為37V，可推斷A相一次側曾斷開900ms，引起A相電壓消失同時出現較高的零序電壓，從而造成發(fā)電機跳閘。但事后對2#電壓互感器檢測為發(fā)現其故障，目前A相電壓消失的原因尚不明確。

圖1

所以秦山一廠的發(fā)電機定子接地保護存在一定缺陷，當發(fā)電機出口電壓互感器某相出現一次側故障時（如一次側斷線、熔絲熔斷等），該相二次側電壓會變?yōu)?，零序電壓會上升到33V左右，引起定子接地保護誤動。

對于秦二廠的發(fā)電機定子接地保護，目前有兩套保護裝置，分別為基波零序電壓保護和外加20Hz電源的信號注入法定子接地保護，保護范圍分別為95%和100%。圖2是秦二廠的保護接線圖。

圖2

1 基波零序電壓定子接地保護原理

發(fā)電機定子繞組（設A相距中性點a處），發(fā)生單相接地時，則機端的零序電壓為：則機端的零序電壓為Ua=（1-a）Ea，Ub=Eb-aEa，Uc=Ec-aEa；可見A相接地時的零序電壓3U0=-aEa（其它相同），利用3U0作為動作保護參量，構成基波零序電壓定子接地保護。基波零序電壓可以在機端或中性點處獲得，對于發(fā)電機中性點經變壓器接地的情況，基波零序電壓可取自中性點變壓器的二次電壓。但是由于在發(fā)電機中性點處存在位移電壓，該保護不可避免的在中性點附近存在死區(qū)，而且當經過過渡電阻接地時靈敏度就更低了。

秦一廠和秦二廠都采用基波零序電壓定子接地保護，不同的是秦一廠的信號取自發(fā)電機出口電壓互感器，然后通過計算得出零序電壓。所以在發(fā)生電壓互感器斷線的情況下會出現保護誤動。而秦二廠的發(fā)電機采用中性點經消弧線圈接地方式，如圖2所示，利用消弧線圈作為原邊，在副邊感應出電壓，通過三次諧波過濾得到比較高品質的零序電壓。但是由于發(fā)電機三相出線對地電容不同，所以不可避免的會造成中性點處存在一定的零序電壓，為了躲過正常運行時的零序電壓，該保護設定一定的動作閾值，從而使得該保護只能保護發(fā)電機定子的95%，即從中性點開始的5%得不到保護。

對于秦二廠的基波零序電壓定子保護裝置，如果發(fā)生一次側或二次側斷線或熔絲熔斷故障，只會造成接收不到中性點的零序電壓，這樣會使保護裝置拒動，而不會造成保護誤動。

2 外加20Hz電源的信號注入法定子接地保護原理

秦二廠的基于外加低頻信號的注入式定子接地保護也是利用發(fā)電機中性點處消弧線圈，低頻信號由消弧線圈注入，一旦發(fā)電機定子繞組發(fā)生單相接地，注入回路的零序電壓和零序電流均發(fā)生變化，從而可計算得到接地電阻值，動作于信號或跳閘。下面兩圖分別為秦二廠外加20Hz電源定子接地保護的原理圖和簡化等效電路。

圖3 中性點經消弧線圈接地時外加20Hz電源保護原理

圖4 中性點經消弧線圈接地時外加電源20Hz保護的簡化等效電路

R■■為接地故障電阻；X■■為消弧線圈的感抗；X■■為發(fā)電機對地容抗；

各參數為20Hz下折算到二次側的值

該保護采用20Hz頻率的電源，可以與發(fā)電機正常運行和故障時的頻率明顯區(qū)分。通過電壓互感器和電流互感器測得的20Hz零序電壓和零序電流參數，計算發(fā)電機的對地絕緣電阻。當發(fā)電機定子繞組側絕緣正常時，計算出的接地電阻為無窮大；一旦發(fā)生定子接地故障，零序電壓和零序電流均發(fā)生變化，計算出的接地電阻減小，裝置根據接地電阻值和零序電流的大小來判斷是否出現了定子接地故障。

20Hz信號注入式定子接地保護具有以下優(yōu)點：

（1）在發(fā)電機靜止、啟動和正常運行狀態(tài)下可有效發(fā)現其定子單相接地故障，并可監(jiān)視定子繞組絕緣的緩慢老化；

（2）可準確計算出接地故障電阻值；

（3）保護范圍為100%定子繞組，靈敏度高，無保護死區(qū)；

（4）一般該類保護都具有完善的監(jiān)視功能，即保護裝置內部發(fā)生PT或CT斷線及短路時會自動閉鎖保護動作，以及當保護裝置電源異常時閉鎖電源輸出，并發(fā)出報警信號。

由于該保護在任何時候都可以起到保護作用，因此在停機檢修時需要將該保護退出，否則會引起不必要的誤動。

發(fā)電機發(fā)生定子繞組接地時，由于消弧線圈的作用，電流并不會太大。秦二廠發(fā)電機出口電壓20kV，容量650MW，國家規(guī)定的安全電流為1A。只要低于安全電流，就不會產生電弧，不會對發(fā)電機定子產生太大損害。所以有的電廠當發(fā)電機定子一點接地且接地電流不超過安全電流時采取只發(fā)信號而不跳機的措施。但是如果定子繞組一點接地，流過故障點的電容電流會導致發(fā)電機鐵心局部過熱，燒壞鐵心硅鋼片間絕緣，造成定子繞組匝間短路或相間短路，這種情況下會燒毀發(fā)電機，因此秦二廠采取定子一點接地即跳閘的策略，從而保證發(fā)電機的安全。

[責任編輯：湯靜]