1 000 MW机组定子接地事故分析与处理

郑华杰，张国民，王 焕（.台州临港热电有限公司，浙江 台州 3706；.浙江华业电力工程股份有限公司，浙江 宁波 35800）

1 000 MW机组定子接地事故分析与处理

郑华杰1，张国民2，王 焕2
（1.台州临港热电有限公司，浙江 台州 317016；2.浙江华业电力工程股份有限公司，浙江 宁波 315800）

介绍了大型发电机组定子接地保护的要求和保护方式，结合某厂3号发电机定子接地保护动作情况及故障录波数据等，对发电机定子接地故障原因进行了分析，并提出了防范措施，以确保发电机安全可靠运行。

定子接地；保护原理；基波零序电压；出线套管

0 引言

定子绕组单相接地是发电机最常见的故障之一，会导致非接地相对地电压升高，危及对地绝缘。如果非接地相绝缘较弱，则可能造成非接地相也发生接地故障，从而发展成相间接地短路。另外，流过接地点的电流具有电弧性质，会烧伤定子铁芯。大型发电机在电力系统中占有重要地位，而且结构复杂，损坏后修复困难，因此大型发电机安装定子接地保护装置显得尤为重要。我国《继电保护及安全自动装置设计技术规程》（GB/T14258—2006）规定，容量为100 MW及以上的发电机应装设100 %定子接地保护装置。

发电机定子绕组绝缘损坏及铁心烧伤程度与接地电流大小及持续时间有关。接地电容电流允许值参考GB/T14258—2006，具体如表1所示。发电机中性点经配电变压器高阻接地时，流经故障点的接地电流为发电机的接地电容电流与流经该接地电阻的有功电流的向量和。因此，当发电机的对地电容很大，接地故障电流大于允许值时，单相接地保护应带时限动作于跳闸。

表1 汽轮发电机定子绕组单相接地故障电流允许值

1 故障现象

某电厂3号发电机型号为THDF125/67，额定功率1 000 MW，定子电压为27 kV，定子对地电容为0.284 μF，发电机定子线圈星形接线，其中性点通过1台二次侧接有小电阻的单相配电变压器接地。2013-07-01T20：00左右，3号发电机在运行中跳闸，且“95 %定子接地保护”动作，动作前后录波器录到的相关量的波形如图1所示。

图1 发电机相关量波形

3号机组故障录波器数据显示：保护动作跳闸前发电机A相电压Ua最低至1.9 V，Ub，Uc相电压分别升高至98.8 V，99.8 V，机端3U0基波零序电压升高至95.3 V。以上电压均为二次有效值。

2 100 %定子接地保护原理

3号发电机保护配置美国GE公司的G60发电机保护装置。经检查，3号机保护装置面板有“95 %定子接地保护动作”报文，延时2 s跳机。

对于100 MW及以上的发电机，按规定应装设无动作死区（100 %动作区）的单相接地保护，应用最多的保护方案是由基波零序过电压保护与三次谐波电压保护共同组成的100 %单相接地保护。

2.1 基波零序电压保护原理

发电机定子绕组单相接地时，定子回路出现零序电压，且零序电压的大小与接地点位置α有关。设A相绕组发生接地的故障点D至中性点的绕组占一相绕组匝数的百分数为α，则机端各相对地电压分别为：

机端零序电压为：

发电机定子单相接地基波零序电压可取自机端PT次级开口三角（3U0），也可取自中性点接地专用变压器次级（U0），本机零序电压保护采用机端3U0。当采集到的3U0大于整定值时，保护动作经一定延时跳开机组。

2.2 机端与中性点三次谐波电压比保护原理

机端与中性点三次谐波电压U动作判据为：

当|UN3|/|Up3+UN3|＜启动值，|UN3|/ |Up3+UN3|＞（1-启动值），|Up3+UN3|＞监视值同时满足时，保护动作延时发报警信号，保护范围为中性点至机端15 %区域。

式中：

UN3——中性点侧通过接地变压器PT测得的三次谐波电压相量值；

Up3——发电机机端PT测得的零序电压的三次谐波电压相量值；

簇头在发送同步数据时刻获取当前的时间戳T01，存到同步命令包中并进行广播，这样可以有效地规避数据通信过程中的发送时延和访问时延。传感器节点在收到同步命令包时候，记录自身的计数器T11。簇头在下一次广播同步命令包时，簇头和节点会分别记录发送时间T02和接收时间T12。

启动值——三次谐波电压比启动整定值；

监视值——三次谐波电压监视整定值。

2.3 100 %定子接地保护原理

基波零序电压保护反映机端至中性点95 %范围的定子绕组单相接地故障，由基波零序电压构成，经时限t1动作于解列灭磁；三次谐波电压保护反映中性点至机端15 %区域的定子绕组单相接地故障，按发电机机端与中性点三次谐波电压比原理构成，经时限t2动作于信号。二者组成100 %的定子接地保护。

3 故障检查与处理

3.1 故障性质判定

3.2 一次设备检查与处理

3号发电机转检修后，进行各部位对地绝缘的测定。拉开发电机出口PT，用摇表测量发电机出口PT及避雷器绝缘为10 GΩ，用发电机水内冷摇表测发电机绝缘为0。拆除发电机A相出口及中性点软连接，测发电机出口断路器至发电机侧的封闭母线绝缘为14 GΩ，发电机A相绝缘为0，发电机B，C 2相绝缘为570 MΩ。初步判断为3号发电机A相绕组或套管接地。

2013-07-02T16：00，3号发电机氢气置换完毕后，拆除发电机A相出线套管至发电机引线之间的软连接，分别测量绝缘：发电机A相引线绝缘为500 MΩ，而发电机A相出线套管绝缘为0。因此，确定为发电机A相出线套管接地，立即安排更换A相出线套管。

2013-07-03T12：00，发电机A相出线套管更换完毕。进行发电机修后试验项目：发电机定子绕组直流电阻、绝缘电阻、吸收比，定子泄漏电流和直流耐压试验；A相出线套管至发电机引线之间接触面压降测试，发电机膛内充空气查漏。至2013-07-04T08：00前，发电机各项试验已完成，试验结果均合格。全部工作结束后启机，16：00机组并网运行。

3.3 套管故障分析

该出线套管额定电压27 kV，额定电流25 kA，冷却方式为氢冷，投入运行2年。解体检查发现，A相套管法兰面内的绝缘材料上有一击穿孔洞。分析认为，该套管的绝缘材料中含有杂质，绝缘薄弱点在正常运行电压或可能发生的过电压作用下，绝缘性能下降，导致击穿接地。因此，发电机相关电气元器件的采购、保养、预防性试验等工作环节必须把好质量关，以防止类似事故的发生。

4 结束语

大型同步发电机是电力系统中的重要设备，它的安全运行对保证电力系统的正常工作和电能质量起着决定性的作用。继电保护能快速、准确发现发电机的异常现象和故障情况。发电机保护动作后，根据现场保护的报警信息、故障录波装置的波形记录，分析故障原因，判断故障点位置，有助于故障的快速处理。同时，必须加强对发电机定子出线套管的检查和预防性试验，及时发现绝缘隐患，确保发电机安全可靠运行。

1 罗钰玲.电力系统微机继电保护［M］.北京：人民邮电出版社，2005.

2 沈明德.G60发电机保护配置探讨［J］.广东电力.2008，21（3）：41-43.

3 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T14285—2006继电保护和安全自动装置设计技术规程［S］.2006.

2015-04-07；

2015-08-03。

郑华杰（1977-），男，工程师，主要从事火电厂电气设备技术管理工作，email：ok.zhj@163.com。

张国民（1985-），男，工程师，主要从事电厂电气专业工作。

王 焕（1990-），男，助理工程师，主要从事电厂电气设备维护和检修工作。