電廠電氣設備故障處理技術分析

楊舒婷 汪洋

摘 要：本文介紹了發電機定子接地保護動作的原理，并分析定子接地保護動作的原因所在，給出了保護和定位方法的具體措施，使發電機定子接地故障能得到成功處理。

【關鍵詞】電廠電氣設備 故障處理 發電機定子接地

發電機定子接地保護動作分為兩種：一種是直接動作于跳閘停機；而另一種則是通過信號的作用，在故障機進行負荷進行轉移之后，再進行停機。由于發電機定子接地保護相對較為復雜，所以首先要對定子接地保護動作的原理進行分析和論述。

1 定子接地保護動作的原理

1.1 汽輪發電機接地保護動作

一般來講，汽輪發電機接地保護動作主要是通過三次諧波電壓以及基波零序電壓元件組成的。而在兩者中，三次諧波電壓原件的主要原理是在發電機還在正常運轉的情況下，定子感應便會發生作用當發生單相接地故障時，三次諧波電壓的變化呈現不同特性，保護區域為中性點部位到機端部位的25%區間，剛好可以消除零序電壓保護的死區。三次諧波電壓感應范圍相對敏感而準確，實現全繞組接地保護，保護的范圍達到100%，有效提高定子接地保護動作的可靠性，實質性地減少接地保護的動作量，在汽輪發電機定子接地保護工作中發揮重要的作用。還有，三次諧波電壓差動保護也可以根據用戶需求，應用于跳閘保護工作。

而與三次諧波電壓差動保護相比，基波零序電壓元件保護的保護范圍可以達到百分之九十五，其保護動作判據為Uo， op≥Uo， set。基波零序電壓元件保護的保護動值可以分為低、延時以及高值三種。在數據結果不同時，會產生跳閘或者是動作與信號等不同的保護模式。

1.2 水輪發電機接地保護動作

水輪發電機定子單相接地時，由于中性點的接地形式與電流對定子產生的損害是密切的聯系在一起的。所以必須要注意：

（1）接地的故障會對定子產生一定的破壞；

（2）在接地的電流造成故障的蔓延之時，其不論是持續的時間、還是持續的程度都與定子的損害程度呈正相關。在情況嚴重時，還會進一步發展成嚴重的短路故障。

實際經驗證明，通過消弧線圈的電流對電容具有補償的作用，合理利用補償度，當實際電流在經過接地點在10A以下時，便能夠避免間歇性以及永久性電弧的產生和出現，進而避免在定子接地出現故障時，造成相關設備的破壞的情況出現。

中性點接地模式比較簡單，經大電阻直接接地，電流通過該電阻構成回路，短路電流大于中性點不接地時的電容電流，迅速跳閘起到保護作用。大型水輪發電機在中性點的絕緣程度降低在一定的范圍之內時，保護動作便會發生。但是，保護動作的敏感度還會受到大電阻接地的影響。

三相接地電容量大，從而單相接地電流量更大。利用對電容電流進行限制，不僅可以直接進行跳閘停機的動作，而且還可以較為有效的限制短路電流，進而使得保護在負荷轉移之后再進行停機。但值得注意的是，由于發電機以及其相關的原件電容分布比較復雜，所以這會造成計算的工作非常困難，進而造成消弧電抗選取困難。

大型的水輪發電機由于其定子絕緣的強度相對比較高，所以它的主要威脅還在于短路電流上。如果短路電流過大，對于大型水輪發電機造成的破壞也是比較嚴重的。利用消弧線圈能夠對短路電流進行限制。當發電機的單相接地出現故障時，其可以繼續的進行工作，而不立即出現跳閘的情況。不過消弧線圈的使用由于其限制因素，實際應用時應謹慎使用。

2 定子接地保護動作的原因分析

2.1 故障分析

不管發電機中性點是否通過消弧線圈接地，只要發電機中性點繞組百分比達到一定數值，就會導致定子繞組單相接地的故障。由基波零序電壓元件和三次諧波電壓元件組成的定子接地保護，在發生接地故障時，三次諧波保護敏感度較高，動作于接地發出預警信號。設定整定值時，運用系數數據進行調試，保護動作定義為0. 9。發電機投入運營后，三次諧波的比值基本在0. 55-0. 76之間。當發生預警信號后，保護裝置動作發揮其作用，排除保護裝置出現誤啟動問題。

2.2 故障查找

在進行故障查找的過程中，工作人員在斷開接地的閘刀之后，還要確保定子接地三次諧波保護壓板是否退出，緊接著在做好相關的隔離措施之后，在發起電機相關部分的檢查。而在進行檢查的過程中，首先要進行接地變壓器外觀檢查，看看其是否存在異常；其次還要檢查接地變壓器與接地電子聯接部位的固定接頭，看其是否存在接頭不穩以及生銹的現象。最后在確認各個部位的具體情況之后，故障檢查方可完成。

2.3 故障的精確定位

發電機中性點不處于接地狀態時，接地電流滯后，零序電壓為Uo900。發電機中性點通過消弧線圈接地，通常情況下使用欠補償方式，所以接地電流也滯后于零序電壓Uo900。

當導體反向串聯構成線圈，繞組從中性點在不同匝數位置，出現了接地故障。故障發生之后，根據函數公式，參照標準查找對應的故障匝數。

大型發電機基本采用多分支繞組，各分支雖然合成電動勢是一樣的，但各分支的線圈不一樣，每個分支對應的表格數據也并不一樣。所以得出，每一個故障點位置對應的數學模型是唯一的，根據查表就可以確定故障分支所在。

在實際查找故障工作中，工作人員并不清楚故障所在哪個相，因此接地保護必須先識別故障相所在。發電機定子單相接地故障發生時，故障相的機端電壓數值最低，由此通過比較三相對地的電壓大小判斷故障相。

綜上所述，可以通過確定故障相、故障分支和故障匝數的方法精確定位故障，使故障定位的效果達到最佳。

3 定子接地保護動作的總結

通過介紹電廠發電機定子接地保護及精確定位的方法，給出具體實施方案，并進行有效分析驗證，得出以下結論：

（1）保護方法準確計算出故障位置接地電流，真實反映故障程度，并依此分析決策，保障發電機的安全同時，又保障不必要的跳閘，使發電機組發揮足夠的效益。

（2）定位方法考慮了發電機多分支定子繞組的結構，識別故障源頭，得到故障點準確位置，給故障的排查帶來很大方便。

（3）定子接地保護動作適用于發電機各種中性點接地方式，不受電阻影響，適應能力強。

（4）方法簡單易行，對計算能力沒有特別要求，在目前使用外加電源式保護裝置的基礎上，就可以實現，應用面廣泛。

4 結束語

開展對發電機定子接地保護動作的研究，認識到了電廠發電機單相接地早先的自身故障，建立對發電機的科學保護意識。更是防范于未然，將準確的故障分析和合理的保護措施相結合，消除異常，穩定運行。

參考文獻

[1]王育學，尹項根，張哲，李振興，袁藝.基于接地電流的大型發電機定子接地保護及精確定位方法[J].中國電機工程學報，2013，31：147-154+18.

[2]賈倫.論電廠電氣設備故障分析與管理[J].科技創業家，2013，22：112.

作者簡介

楊舒婷（1989-），女，福建省三明市人。大學本科學歷。現為福建福清核電有限公司助理工程師。主要研究方向為電氣。

作者單位

福建福清核電有限公司 福建省福清市 350300