一次發變組機端PT 擊穿導致停機的典型事故分析

劉先科，段 鵬，張敬革，夏海云

（中國長江電力股份有限公司三峽水力發電廠，湖北 宜昌 443133）

0 引言

發電機組事故暫態過程短，變化速度快，對于人員和設備威脅大。事故發生后，運行值班人員需迅速做出正確分析，果斷處理，否則可能造成更大的經濟損失。

1 設備的基本情況

某大型水電站單機裝機容量700 MW，發電機機端電壓20 kV，主變壓器升壓至500 kV，經GIS 線路接入電力系統。

每一個發變組單元配置兩套完整的電氣量保護。發電機定子接地保護作為發電機定子單相接地故障保護，由基波零序電壓部分和三次諧波電壓兩部分組成，保護范圍包括發電機定子線圈，電壓互感器、電流互感謝器、電纜、母線、開關刀閘、互感器一次側、刀閘斷路器、發電母線及電壓互感器一次側、變壓器低壓側（發電機電壓側）、廠變高壓側等。

2 事故發生時的現象

圖1 定子接地保護配置原理圖

事故發生時，監控系統突報“**F：A 套發電機保護定子接地保護動作”、“**F：B 套發電機保護定子接地保護動作”、“**F：A 套發電機保護停機總出口動作”、“**F：B 套發電機保護停機總出口動作”、“**F：電氣事故停機”、“**F：勵磁系統欠勵限制動作”、“**F：勵磁系統V/F 限制動作”、“84**開關三相跳閘”等信號，**F 機組跳閘，緊急停機流程啟動。

3 檢查和分析過程

運行監屏人員發現該機組跳閘，立即匯報當班值班主任。

運行值班主任立即組織事故處理，并令值班員現場檢查確認故障情況。

運行值班員現場檢查確認，該發電機保護A、B盤零序電壓定子接地保護動作，機組跳閘出口，注入式定子接地保護有告警信號。

3.1 保護裝置動作情況

運行值班員現場查看保護裝置，發現A、B 兩套零序電壓定子接地保護均動作。

圖2 保護裝置動作事件

隨后，值班員現場檢查了A、B 套保護裝置接地電阻，接地電阻一次值僅1.8 kΩ。

而機組在正常運行過程中，接地電阻值應在655 kΩ，故該項數據明顯異常，定子接地保護動作符合邏輯。

3.2 故障錄波情況

故障錄波顯示，故障發生時機端三相電流相序和幅值未明顯異常，而機端開口三角有零序電壓且不斷增大。

從數據分析可知，故障發生時機端零序電壓達到10 V，經0.5 s，發電機A、B 套保護動作出口，與基波零序電壓定子接地保護整定值符合，保護整定值為10 V、延時0.5 s。

此外，中性點零序有零序電壓且與機端開口三角基本一致，機端A 相電壓60 V 左右，機端B 相電壓降至51 V 左右，C 相電壓降至53 V 左右。

3.3 事故的分析和判斷

結合監控信號、現場情況、保護信號故障錄波以及定子接地保護邏輯，當班值班主任綜合分析得出初步結論：機組兩套發電機保護裝置采樣及動作行為一致，機端PT 自產零序、機端開口三角零序、中性點零序電壓均基本一致，故排除保護及錄波用PT二次回路問題，判定為電氣一次側存在接地故障。

圖4 定子接地保護動作邏輯

3.4 發變組電氣一次設備檢查情況

基于該機組電氣一次側存在接地故障的分析判斷，電廠組織運行人員、維護人員重點對機組發電機、勵磁變、機端PT、CT 等電氣一次設備進行了排查，發現發電機機端B 相PT4 一次側出現擊穿，導致機端B 相接地，確認了故障點，與分析判斷相符。經現場解體檢查，故障的PT 電壓互感器發現其內部存在短路。故障PT 如圖5。

圖5 故障PT 外觀

4 電廠的改進措施

該起事故中保護裝置動作正確，電壓互感器(PT)一次側擊穿，直接導致700 MW 機組事故停機，造成了直接后果。

現場解體檢查故障發現電壓互感器發現其內部存在短路情況，但是電壓互感器短路發展過程及機理不明確，常規的定期試驗項目未能提前發現故障苗頭。

電廠聯系有關科研單位、國內互感器制造廠家（故障互感器原產地為意大利）對故障現象及發展過程進行綜合分析，最終明確了互感器故障原因。

電廠結合同類設備的出廠批次及運行情況，對歷年檢修試驗情況進行了梳理和分析，以確認該型電壓互感器是否存在家族性缺陷。

對電壓互感器定期試驗項目進行了分析研究，部分定期試驗項目（感應耐壓試驗）為破壞性試驗，電廠組織力量深入研究國際、國內及行業標準，結合當前設備制造工藝水平、檢修試驗手段，進一步分析相關試驗的項目和周期，修訂電壓互感器預防性試驗規程。

作為舉一反三整改措施的一部分，電廠組織相關部門，清理了設備備品備件庫存情況，確保備品備件數量。隨后電廠啟動了20 kV 電壓互感器國產化替代研究。

表1 是更換PT 后的試驗數據。

表1 更換后PT 試驗數據

5 結語

電壓互感器等較隱蔽的電氣一次設備，常規的巡回檢查、定期試驗難以保證及時發現缺陷和隱患。

從運行人員的角度來說，單一的定子接地保護動作跳閘故障，處理和判斷均屬常規，而監控系統、保護裝置和故障錄波提供的數據和信息，對故障的判斷有著重要的支持作用。故障初期，運行人員的緊急排查無安全措施，需嚴防觸電風險。后續的電氣一次設備檢查，應在有安全措施尤其接地措施完好的情況下進行，在狹窄或高處檢查時，應尤其注意人身安全。運行人員應有應急處置能力，故障錄波系統的使用和波形分析能力。