熔斷器熔斷引起定子接地保護動作淺析及處理

孫建舒

（中廣核洪雅高鳳山水力發(fā)電有限公司，四川 眉山620360）

0 引言

為了安全，發(fā)電機外殼都是接地的，因此，發(fā)電機的定子某相繞組絕緣損壞時發(fā)生的對外殼短路就是單相接地。發(fā)電機定子繞組單相接地，在發(fā)電機的各種故障中所占比例很大，發(fā)生的概率也較大，如不及時處理或處理不當(dāng)將引發(fā)更大的設(shè)備損壞事故，造成很大的財產(chǎn)損失，因此發(fā)電機應(yīng)配置相應(yīng)的保護裝置及時準(zhǔn)確地判斷定子一點接地故障并發(fā)出相應(yīng)的報警信號，當(dāng)保護動作時，現(xiàn)場運行維護人員應(yīng)及時掌握發(fā)電機一次設(shè)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[1]。下面針對我公司一起機端母線測量用電壓互感器（PT）一次熔斷器熔斷引起發(fā)電機定子一點接地保護動作情況和處理進行分析、總結(jié)。

1 電站基本情況

高鳳山電站裝機25MW×3，機端電壓等級為10.5kV，發(fā)電機中性點采用不直接接地方式。1號機采用單元接線方式，2號、3號機采用擴大單元接線方式。其定子一點接地采用反應(yīng)基波零序電壓的接地保護裝置，保護接入3U0電壓，取自發(fā)電機機端母線測量用電壓互感器PT開口三角形繞組兩端。這種機端零序電壓U0＞5V的定子接地保護簡單可靠，但有死區(qū)，只能實現(xiàn)定子85%～95%的保護帶，當(dāng)發(fā)電機中性點附近發(fā)生故障時保護不能動作。這種保護主要應(yīng)用于發(fā)電機變壓器組接線方式，它的一個突出優(yōu)點是即使在單相接地電流很小的情況下也可采用，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)，且當(dāng)經(jīng)過過渡電阻接地時靈敏度不高[2]。

高鳳山電站發(fā)電機定子繞組為中性點不接地系統(tǒng)，正常運行時，中性點電位為零電位，當(dāng)有一相繞組接地時，接地點的電位變?yōu)榱悖瑥亩怪行渣c電位升高（最高升至相電壓），其他非接地兩相繞組對地電壓也升高（最高升至倍相電壓）[3]。

2 發(fā)電機定子繞組單相接地的危害

發(fā)電機定子繞組發(fā)生單相接地故障時，非接地相對地電壓的升高，將危及對地絕緣，當(dāng)絕緣較弱時，可能造成非接地相相繼發(fā)生接地故障，從而造成相間接地短路，損害發(fā)電機；另外，流過接地點的電流具有電弧性質(zhì)，可能燒傷定子鐵心。如果定子鐵心燒傷，修復(fù)很困難[4]。定子繞組單相接地故障是發(fā)電機最常見的一種故障，而且往往是更為嚴重的繞組內(nèi)部故障發(fā)生先兆。

3 定子一點接地故障過程及現(xiàn)象

3.1 故障發(fā)生前機組情況

1號機組年度大修工作結(jié)束，檢修工期45d。按規(guī)程規(guī)定對1號機組進行檢修后啟動前的檢查：各油、水、氣系統(tǒng)檢查正常；放空閥關(guān)閉嚴密；各保護系統(tǒng)及現(xiàn)地LCU系統(tǒng)正常；勵磁系統(tǒng)正常；調(diào)速器系統(tǒng)正常；油壓裝置及制動系統(tǒng)正常；閘門系統(tǒng)正常；利用2500V絕緣搖表測量定子三相繞組對地絕緣分別為：A相對地22MΩ、B相對地230MΩ、C相對地230MΩ；各相相間絕緣（A對B相、B對C相、A對C相）均大于800MΩ；定子吸收比（60s時的絕緣電阻值與15s時的絕緣電阻值之比）為1.6。根據(jù)相關(guān)規(guī)范和高鳳山電站運行規(guī)程規(guī)定：①絕緣電阻值低到歷年正常值1/3以下時應(yīng)查明原因；②各相絕緣電阻的差值不應(yīng)大于最小值的100%；③定子回路絕緣值不得低于10MΩ；④定子吸收比大于1.3。A相繞組絕緣電阻低于檢修前測量值1/3以下，且與其他兩相繞組絕緣電阻值相差很大，應(yīng)查明原因并處理。

3.2 絕緣降低原因分析及處理

引起發(fā)電機組定、轉(zhuǎn)子絕緣降低有很多因素，一般有3種可能性：①繞組絕緣材料和加工工藝問題；②絕緣老化或意外機械損傷；③受潮引起[5]。

初步分析認為：參考檢修前所測量的A相繞組絕緣值合格，檢修過程中未對定子繞組進行拆解檢修，所以排除第1種可能性。對機組部件的吊裝過程中未對定子造成擦碰，定子外觀檢查未見明顯擦傷，所以排除第2種可能性。考慮1號機屬A級檢修，檢修工期較長，檢修期間陰天天氣較多，空氣比較潮濕，定子冷態(tài)下長時間暴露在空氣中容易受潮造成A相繞組對地絕緣降低。

處理辦法：針對定子受潮引起絕緣降低的處理辦法一般有：①短路干燥法；②熱風(fēng)干燥；（3）定子鐵損及銅損干燥法[6]。由于來水量豐富，并根據(jù)我廠實際情況，采用了熱風(fēng)干燥法，具體措施為：①用低壓空氣對定子繞組縫隙進行吹掃，清除積塵；②開機空轉(zhuǎn)，不給勵磁電流，通過機組轉(zhuǎn)動加快空氣流動，把潮濕空氣置換出來。同時關(guān)閉各軸承冷卻水，通過摩擦產(chǎn)生的熱量加快繞組絕緣恢復(fù)。通過以上措施空轉(zhuǎn)運行24h后，重新測量定子繞組絕緣，所測數(shù)據(jù)為：A相對地300MΩ、B相對地500MΩ、C相對地500MΩ，同檢修前所測數(shù)據(jù)接近，符合規(guī)范和運行規(guī)程規(guī)定。

3.3 定子一點接地故障過程

故障發(fā)生時的運行方式為：110kV線路、1號和2號主變、2號和3號機、1號和2號廠變運行、2號主變中性點接地投入、廠用電分斷運行。

故障現(xiàn)象：根據(jù)《高鳳山水電站電氣運行規(guī)程》規(guī)定，完成1號機組大修后開機前檢查試驗項目，符合開機條件后手動開啟機組至空轉(zhuǎn)運行0.5h，再次檢查無異常情況后零起升壓操作，待機端電壓升至2.5kV左右時，監(jiān)控上位機報“1號發(fā)電機定子一點接地”、“1號機電氣故障”信號；定子三相電壓不平衡，監(jiān)控顯示A相電壓為0，B相C相電壓為額定值。35kV及110kV線路各相電壓正常。

圖1 電廠一次主接線圖

4 接地原因分析及處理

4.1 接地故障檢查

定子接地原因有多種：過電壓，不平衡電流或通風(fēng)故障引起過熱，機械振動，絕緣受潮，母線電壓互感器斷線等[5]。故障發(fā)生后，當(dāng)值運行人員立即操作停下1號機組并進行詳細檢查，根據(jù)檢查情況并結(jié)合故障現(xiàn)象，判斷為1號機端I段母線上測量用電壓互感器一次側(cè)A相快速熔斷器熔斷，造成電壓互感器二次側(cè)開口三角形3U0電壓大于定子一點接地保護動作電壓5V。具體檢查分析如下：

（1）穿絕緣靴，戴絕緣手套巡視檢查發(fā)電機一次連接系統(tǒng)（包括機端母線及其連接設(shè)備，如電壓互感器、電流互感器、廠用變壓器、勵磁變壓器、避雷器、一次電纜等），未發(fā)現(xiàn)有明顯放電痕跡及斷線、金屬搭接等異常和接地點。

（2）穿絕緣靴，戴上防毒面具，帶上手電筒進入發(fā)電機風(fēng)洞內(nèi)檢查，未聞見煙霧、焦味異味，也未發(fā)現(xiàn)有放電痕跡及斷線、金屬搭接等異常和接地點。

（3）斷開1號機組機端出口斷路器01，拉開發(fā)電機機端出口隔離刀閘11及各支路刀閘，對定子充分放電后，再次用2500kV絕緣搖表測量1號機定子繞組絕緣電阻，測量數(shù)據(jù)為：A相對地350MΩ、B相對地500MΩ、C相對地550MΩ，符合規(guī)范和運行規(guī)程規(guī)定。

（4）用萬用表測量保護屏后電壓互感器二次側(cè)各相電壓：A相電壓為0V，B相電壓為5.1V，C相電壓為5.1V；開口三角形電壓為5.1V。進一步檢查電壓互感器二次側(cè)快速熔斷器，三相接觸良好。用萬用表測量其電阻值均合格。

（5）拉開電壓互感器一次側(cè)隔離刀閘，取下其二次側(cè)熔斷器，采取適當(dāng)安全措施后取下一次側(cè)高壓熔斷器進行檢查，其中A相熔斷器電阻無窮大，其余兩相熔斷器電阻值合格。

4.2 接地原因分析及處理

（1）經(jīng)過上面檢查內(nèi)容前3項檢查，可判定不是定子真實接地，即排除繞組絕緣降低、絕緣擊穿、機端設(shè)備接地等原因引起定子接地保護動作。

（2）故障信號是在起勵升壓至2.5kV左右時發(fā)生，機組未并網(wǎng)運行，排除了因過電壓、三相定子電流不平衡引起定子接地保護動作。

（3）機組啟勵前所測振擺數(shù)值未超規(guī)定值，運行過程中各軸承溫度、風(fēng)冷溫度、定子線圈和定子鐵心溫度均正常，排除了通風(fēng)冷卻故障引起過熱、機械振動等原因造成的故障。

（4）通過對機端測量用電壓互感器一、二次側(cè)熔斷器進行檢查，查出一次側(cè)A相高壓熔斷器熔斷，則二次側(cè)A相失壓，其余兩相電壓正常。與實際的定子繞組接地的區(qū)別是：接地相電壓降低或為零，不接地相電壓將升高，最高升至正常電壓的倍。

（5）正常運行時，電壓互感器開口三角形電壓為三相電壓的矢量疊加，其值為零或很小，一相接地時，開口三角形電壓為3倍零序電壓。而當(dāng)一相熔斷器熔斷，或一相斷線時，因系統(tǒng)無接地點，所以開口三角形并無零序電壓，此時開口三角形電壓為其余兩相電壓疊加，其值等于相電壓且大于定子一點接地保護動作電壓。

（6）根據(jù)以上分析和檢查結(jié)果，對電壓互感器一次側(cè)A相高壓熔斷器進行更換，重新開啟1號機組至額定轉(zhuǎn)速，再緩慢零起升壓至10.5kV額定電壓，定子一點接地故障信號未報警。

5 經(jīng)驗教訓(xùn)

定子一點接地故障信號報警后，應(yīng)根據(jù)故障現(xiàn)象進行全面分析判斷，以便準(zhǔn)確分析原因。本案例應(yīng)在故障信號時通過上位機監(jiān)控系統(tǒng)查看三相定子電壓是否正常。當(dāng)發(fā)生真實接地時，接地相電壓降低或降為零，非接地相電壓將升高或達倍相電壓。而電壓互感器一、二次熔斷器熔斷引起假接地信號時，熔斷相電壓為零，非熔斷相電壓為正常相電壓，不會升高，這是與真實接地的根本區(qū)別。

通過此次故障暴露了電壓互感器一、二次側(cè)熔斷器的安全隱患。通過進一步檢查發(fā)現(xiàn)一次側(cè)熔斷器熔斷由接觸不良發(fā)熱引起。檢修時雖然已檢查熔斷器完好，但在安裝時未注意檢查上、下端頭壓緊彈簧是否壓緊。所以每次檢修后開機前應(yīng)詳細檢查，用萬用表測量，清除卡口處銹跡，必要時涂導(dǎo)電膏，并在安裝一次熔斷器上、下裝頭處用扎帶扎緊。

6 防范措施

（1）制定三級檢查驗收制度，即完工后作業(yè)者的自檢，作業(yè)組內(nèi)檢查驗收，廠級竣工檢查驗收。

（2）制定規(guī)范的作業(yè)指導(dǎo)書和質(zhì)量檢查驗收制度，規(guī)定詳細的作業(yè)流程和質(zhì)量檢查驗收內(nèi)容，嚴格控制W點和H點的質(zhì)量，防止了因檢修質(zhì)量差、檢修內(nèi)容不完善、檢查不到位等原因引起的設(shè)備故障或事故發(fā)生。

（3）制定設(shè)備定期巡視檢查制度和點檢制度，根據(jù)不同設(shè)備規(guī)定不同的檢查內(nèi)容和檢查頻率，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備隱患和缺陷，及時匯報處理，防止進一步引發(fā)事故。

（4）制定設(shè)備定期切換制度，防止設(shè)備長期疲勞運行引發(fā)事故。

（5）針對缺陷易發(fā)設(shè)備和頻發(fā)設(shè)備部位，重點進行巡視檢查，并將檢查結(jié)果記錄在案，同時制定應(yīng)急預(yù)案。

（6）運行監(jiān)控人員合理分配各臺機組負荷，盡量避開機組振動區(qū)運行，防止機組過負荷運行、進相運行。嚴密監(jiān)視各運行參數(shù)變化情況，防止超額定值運行。機組溫度變化大時注意冷卻系統(tǒng)的檢查，防止冷凝水引起接地。

（7）定期組織員工進行業(yè)務(wù)培訓(xùn)，提高運行維護人員業(yè)務(wù)技能，提高分析問題、解決問題的能力。

（8）制定各類事故應(yīng)急預(yù)案并定期組織進行反事故演習(xí)活動，提高現(xiàn)場人員快速處理事故能力。

（9）加強防小動物觸電管理，對易觸及的帶電設(shè)備采取防范措施，通過設(shè)置防護網(wǎng)、遮擋、防鼠板、進出隨時關(guān)門、定期滅鼠滅蛇等措施，防止因小動物觸電引起接地故障。

（10）檢修時特別在大修過程中要做好定、轉(zhuǎn)子的防潮、防塵、防擦碰措施。

7 結(jié)論

1號機組本次大修時間過長，定子繞組長時間暴露在潮濕環(huán)境中，且檢修環(huán)境灰塵較大，吸附在繞組上的灰塵也易受潮從而加速定子繞組絕緣降低，甚至低于正常值引起定子一點接地或多點接地故障。通過對故障現(xiàn)象的分析并結(jié)合檢查情況正確判斷此次定子一點接地保護動作是因電壓互感器一次熔斷器熔斷引起，并非真實的定子一點接地故障，從而縮短了故障檢查處理時間。針對此次故障原因，在今后的檢修中應(yīng)做好設(shè)備的維護管理工作，安裝過程應(yīng)嚴格遵守相關(guān)規(guī)程，制定相應(yīng)的作業(yè)指導(dǎo)書和檢查驗收制度，確保設(shè)備的檢修質(zhì)量，保障設(shè)備安全、健康運行。通過以上防范措施的制定和落實，在近兩年的運行中未再發(fā)生類似故障，設(shè)備安全運行可靠性大大提高。