对发电机中性点零序电压变化导致跳机的相关研究

袁新国

摘 要：文章以某发电厂一起发电机中性点零序电压变化导致的跳机事故为例，对设备及事故经过进行了简要介绍，通过检查和试验，发现消弧线圈所放置的档位不合理，是引发此次事故的最主要原因，对此提出了针对性的解决对策，确保发电机中性点二次侧电压的稳定性。

关键词：发电机；中性点；零序电压；跳机事故；消弧线圈

一、设备概况及事故经过

某发电厂所用发电机为三相分体发电机，机组最大容量为220MW。因设备原有A相变压器故障返厂维修，暂时用各项参数都相同的其他厂商生产的变压器代替使用，但是设备短路时的电阻与之前有所不同，A、B、C三相偏差分别为11.8%、13.4%、13.4%。2016年10月，该发电厂甲、乙两组发电机发生定子接地保护动作，导致跳机事故。事故发生前，磨煤机和汽泵均运行正常，备用电泵为启动，发电机处于自动电压控制状态，且辅机故障减负荷。

二、跳机事故发生后的检查与试验

（一）继电保护与二次回路检查

采集发电机中性点基波和谐波信息，对两组发电机定子接地保护设定值进行校验，发现零序电压、谐波均表现正常。零序电压保护动作设定值，最大值和最小值分别为16.5V和14.5，都在定子接地保护设定值的95%以内，并且可以在0.8s内做出正确保护动作。同时，没有在电压互感器处发现异常。对甲组发电机保护柜的工作性能进行测试，所记录的各项信号均正常，表明A保护柜工作性能良好。另外，发电机中性点及出口处，电压互感器一次绕组与二次绕组电压比分别为20/3/0.1/0.2和20/3/0.1/3/0.1/3。

对甲、乙两组发电机进行精度和动作检查，发现电流通道均没有出现零漂，在原有电流基础上，分别升高0.5A、2A、5A和10A，误差都没有超过5%。两组发电机正常运行时电流为0.97A，整定值为0.2，经测试，当电流为0.95A和1.00A时，分别表现为不动作和动作，继电保护正常。将电流值和整定值都增大一倍，对两组发电机进行差动速断检查，经测试，当电流为0.95A和1.00A时，还是分别表现为不动作和动作，证明继电保护正常。在继电保护设定时间的基础上增加1.2倍，A、B、C三相的差动时间分别为70.8ms、71.3ms和71.3ms，速断时间分别为30.4ms、30.9ms和30.6ms，均满足要求。

再对两组发电机进行二次回路检查，没有发现发电机和保护柜接线错误，并且定子绝缘电阻超过了50MΩ，满足绝缘标准。同时，对主变变压器和自用变压器二次回路进行检查，绝缘电阻也超过了50MΩ，满足绝缘标准。再对电流互感进行绝缘检查，可知绝缘电阻也大于50MΩ，绝缘性能良好[1]。最后，发电机组控制信号均表现正常。

（二）一次设备绝缘试验

对主变变压器进行绝缘测试，发现三相输出端直流电阻中，A相要低于另外两项，试验结果与实际数据相同，直流电阻表现正常；变压器绝缘电阻不小于4万MΩ，极化指数为2.0，满足相关规定；对其每分钟施加20kV电压，得到泄露电流极限值为3.2μA，也满足相关规定。对发电厂自用变压器器进行绝缘测试，绕组直流电阻相差0.21%，依据之前的变化规律，当设备温度为20℃，电阻差值也在规定范围内；同时其绝缘电阻超过了2万MΩ，极化指数为2.0，达到了规定要求；另外，在每分钟20 kV供电状态下，泄露电流没有超过27.0μA，满足相关规定。对发电机进行绝缘测试，屏蔽端无法接入汇水环，并且仪器内最大容量要低于设定刻度线，定子冷却水有残余，泄露电流会随电压变大而升高，在30kV时高达580.8μA[2]。

三、结果分析

在跳机事故发生时，设备运行记录显示，发电机中性点和和开口位置的零序电压分别为14.98V和15.09V，两者大小不同，均超过设定值，进而发生定子保护动作。A相变压器的不一致，已经影响了电压的稳定性，在受到轻微干扰后，将会加剧这种影响，零序电压便很容易出现异常。事故发生前该地区下有阵雨，当电压到达46kV时，发电机母线A相被击穿，有较高电阻存在，对地阻抗发生变化，其余两项没有出现击穿现象，对地阻抗不发生变化。三相因对地阻抗不同，导致电压不平衡，引发零序继电器动作，进而造成跳机事故。另外，受阴雨天气的影响，发电机组内部出现谐振现象，形成振荡电路，使得电压升高，也导致三相电压不平衡。

四、解决措施

消弧线圈能够生成额外的接地电容电流，以便在发电机中性点单项接地时，将接地电流控制在一定范围内，避免电流过大对设备造成损伤，同时，还要防止中性点出现偏移，这就需要将消弧线圈放置在最佳档位。结合此次事故调查结果，在对其进行处理时，具体措施如下：第一，先使消弧线圈处于断开状态，将一个5A的电流表安装在发电机出口A相电压互感器上，并进行接地处理，调整电压到额定值的一半，此时电流值为2A，即额定电压下电流值为4A。第二，接通消弧线圈，对电压互感器进行接地处理，改变接头位置，得到对应的补偿电流，改变消弧线圈补偿度，选择合适的补偿电感。第三，使发电机空载运行，A相不接地，调整电压至额定电压的一半，根据中性点对电压的影响可知，档位越小电压越稳定，则应该将其放在最小档位。第四，改变消弧线圈档位并测试，当发电机组在额定状态下运行时，中性点零序电压为8.28V，比事故发生前降低了4.39V，并且定子接地保护电压设定值也降低了3.5V，扩大了零序电压保护范围，发生误保护动作几率较低。

五、总结

因发电机中性点零序电压变化，造成了的跳机事故，不仅会影响发电厂的正常运行，还存在较大的安全威胁，要想避免该现象的发生，必须采取有效的防治措施。通過对实际案例进行分析，以分析结果为依据，采取调整消弧线圈补偿度的方式，可以确保发电机中性点零序电压的平衡与稳定，避免出现定子接地现象，对减少机组跳闸概率具有重要意义。

参考文献：

[1]张建生，秦文忠，毕国轩.发电机中性点零序电压变化导致跳机的分析[J].电力安全技术，2014，（11）：2325.

[2]欧阳帆，李辉，刘伟良.发电机中性点零序电压异常处理与分析[J].湖南电力，2013，（4）：2223.