一起汽輪發電機定子100%接地報警的分析與處理

魏明勇

（廈門華夏國際電力發展有限公司，福建 廈門 361026）

0 引 言

大型汽輪發電機定子繞組發生單相接地故障是發電機的常見故障之一，占發電機定子繞組故障的70%～80%。大型汽輪發電機定子對地電容較大，當發生發電機定子繞組接地故障時，故障點的電容電流一般都較大，會影響汽輪發電機機組的安全穩定運行，嚴重時甚至會造成發電機定子鐵芯燒損。同時，定子繞組接地故障還可能引起接地弧光過電壓，導致定子繞組故障點周圍其他位置絕緣繼續被破壞，形成嚴重的汽輪發電機定子繞組相間或匝間短路故障。對于大型機組，單相接地電容電流小于1.0 A為安全電流。在安全電流下，定子接地保護只發信號而不跳閘，但應及時檢查處理，防止發展為嚴重的定子繞組故障而造成汽輪發電機定子鐵芯燒損。

1 概 況

廈門華夏國際電力發展有限公司是運營4×300 MW機組的大型發電公司。公司4臺機組發變組根據要求進行雙重保護配置，其中2套保護均采用南瑞RCS985B保護裝置，分別為發變組保護A柜和發變組保護B柜。RCS985B保護裝置配置的發電機定子繞組接地保護主要由基波零序電壓定子接地保護、三次諧波電壓比率定子接地保護以及三次諧波電壓差動定子接地保護3部分構成。機端三次諧波電壓取自發電機機端側開口三角零序電壓，中性點側三次諧波電壓取自中性點TV，其中#3發變組保護A柜機端三次諧波電壓取自發電機出口第一組電壓互感器TV1的開口三角零序電壓，#3發變組保護B柜的機端三次諧波電壓取自發電機出口第二組電壓互感器TV2的開口三角零序電壓。三次諧波保護動作方程為：

式中，U3T為機端三次諧波電壓值；U3N為中性點三次諧波電壓值；K3WZD為三次諧波電壓比值整定值。三次諧波電壓比率定子接地保護動作于信號。三次諧波電壓差動動作方程為：

式中，為機端三次諧波電壓向量；為中性點三次諧波電壓向量；為實時調整系數向量；kre為三次諧波差動比率定值。在機組并網后且機組實際檢測到的負荷電流大于0.2倍發電機額定電流時，發電機定子接地保護三次諧波電壓差動保護自動投入運行，三次諧波電壓差動判據動作于信號。

2 故障現象經過及故障現象分析

2018年1月10日22:06，#3機組在運行中電氣軟光字牌報“發變組保護裝置報警”“發電機定子接地報警”，同時#3機組后備手動操作屏上出現“機組異常”光字牌報警。

檢查#3發變組保護裝置，發現#3發變組保護A、B柜均報三次諧波電壓差動信號報警。檢查#3機組發變組保護A柜電壓采樣值，機端電壓為A相55.54 V、B相55.63 V、C相55.68 V，機端零序電壓0.6 V，三次諧波電壓為1.23 V，中性點三次諧波電壓為2.41 V，差壓為1.60 V。檢查#3機組發變組保護B柜電壓采樣值，機端電壓為A相55.53 V、B相55.61 V、C相55.67 V，機端零序電壓0.60 V，三次諧波電壓為1.23 V，中性點三次諧波電壓為2.41 V，差壓為1.60 V。采樣值滿足定子接地保護三次諧波電壓差動判據，兩套保護裝置同時動作于報警信號。

檢查#3機組故障錄波裝置實時采集數據，#3機組機端電壓A相55.56 V、B相55.65 V、C相55.70 V，機端零序電壓0.60 V，機端自產零序三次諧波為0.05 V，機端三次諧波電壓為1.24 V，與兩套發變組保護裝置采集數據基本相符。調取#3發變組故障錄波裝置故障時刻數據和故障錄波裝置故障前數據，分別如圖1和圖2所示。

根據#3發變組保護A、B柜及#3機故障錄波裝置的采集數據分析，#3發變組保護裝置發出定子接地保護報警前后，兩套保護裝置采集到的機端電壓三相基本維持平衡，且兩套保護的零序電壓都很小，基本排除了#3發電機發生定子繞組單相接地故障的可能性。考慮到發變組保護A、B柜同時動作，排除了保護裝置采集及數模轉換故障的可能，將故障初步定位在三次諧波電壓外部接線上。進一步檢查#3機發電機出口PT柜，發現#3發變組A、B柜三次諧波電壓均取自#3發電機第一組電壓互感器的開口零序電壓，現場實測#3發電機第一組電壓互感器三相電壓平衡且數據穩定，開口零序電壓在0.5～0.6 V輕微跳動。

圖1 #3發變組故障錄波裝置故障時刻數據圖

圖2 #3機組故障錄波裝置故障前數據圖

3 故障處理及防范措施

根據#3發變組保護裝置報警信號及相關電氣參數，對照#3機組故障錄波數據，確認#3發電機定子繞組對地絕緣正常，確定#3發電機定子100%接地報警原因為#3發電機第一組電壓互感器開口三角電壓及其回路問題。現場對#3發電機出口PT柜進行緊固處理，#3發變組保護裝置告警消失，再次檢查#3發變組保護A、B柜采集數據，發現#3發電機各電氣數據已全部恢復正常。

#3發變組保護三次諧波電壓差動信號報警后，工作人員通過數據分析判斷，成功處理一起汽輪發電機定子100%接地報警事件，避免了由此引發的非計劃停運事件。但是，由于#3機組在運行狀態，無法徹查故障原因，因此制定了以下后續防范措施。第一，加強#3發變組各電氣模擬量觀察，做好數據記錄及跟蹤。第二，結合#3機組檢修，將#3發變組保護A、B柜的三次諧波電壓分開，分別取自#3發電機機端第一組、第二組PT開口三角電壓。第三，結合#3機組檢修，徹底檢查#3機發電機出口PT開口三角繞組情況。第四，先觀察數據，若有異常再進行分析處理。

4 結 論

此次華夏電力公司發變組定子接地保護報警處理過程突出了保護人員現場分析處理能力，糾正了一起基建接線錯誤，排除了誤判為發電機定子繞組單相接地故障的可能性，避免了一次機組非計劃停運。可見，在事件處理中一定要注重數據分析，不能憑經驗而放任故障發展，也不能盲目擴大事件范圍，造成不必要的損失。