北津电站机组定子短路事故分析

2017-11-29陈顶灵吴建新

水电站机电技术 2017年11期

关键词：零序差动定子

陈顶灵，吴建新

（国网浙江省电力公司紧水滩水力发电厂，浙江丽水 323000）

北津电站机组定子短路事故分析

陈顶灵，吴建新

（国网浙江省电力公司紧水滩水力发电厂，浙江丽水 323000）

针对北津电站发生的一起机组三相短路事故，通过事故经过和相关信号信息的还原，分析事故发生的原因，剖析了暴露出的问题，并总结了经验教训。

定子短路事故；现场检查；事故分析

1 前言

福建北津电站位于建瓯市徐墩镇北津村，是一座河床径流式电站，装机容量50 MW。电站主接线为两机一变扩大单元接线，装有两台25 MW的低水头灯泡贯流式机组，主机为东芝水电。工程于2003年开工建设，2006年11月投入商业运行。2011年初发生了1号机定子短路事故，我们负责了此次事故的调查工作。这是一起间歇发展的复杂事故，现将事故分析整理成文，期待与大家共同探讨和提高。

2 事故经过

2011年2月26 日21:58，北津电站发“1号机电气事故”，跳闸停机。调取上位机信息显示：

21:50 1 号机发“开机令”

21:58:16 1号机励磁起励

21:58:48 1号机“发电机保护事故停机”。此时机组状态为发电机刚建压至额定值，发电机开关未合上。发电机保护动作后1号主变高压侧开关16 A开关、近区607开关、1号坝变603开关、低压开关5ZKK、1号厂变605开关、低压开关1ZKK分闸。

21:59监视1号机事故停机后正常，当值值长汇报。

22:10进入1号机灯泡头处检查发现有少量烟味和焦味。

3 相关保护和监控信息记录

3.1 继电保护信号

现场检查1号机发电机保护屏显示：①21:56:53零序电压定子接地保护动作；②21:56:53比率制动差动保护A相、B相、C相动作；③21:56:58.664复压过流t1保护动作；④21:56.58.964复压过流t2保护动作。

3.2 监控系统信息

中控室上位机显示：1号机电气故障光字牌显示“发电机故障”；1号机事故光字牌显示“发电机保护跳闸”；电气事故、1号机调速器紧停电磁阀投入。

监控简报信息如表1所示。

表1监控简报信息

4 保护动作数据记录

4.1 1号机保护整定值

1号机保护型号为：WFB—811/R4微机保护，许继电气生产，定值如下：

（1）比率制动差动保护

额定电流：3.82 A，最小动作电流：1.15 A，最小制动电流：2.3 A，制动斜率：0.4

（2）复压过流保护

低电压：73.5 V，负序电压：10 V，动作电流：5.35 A，延时 t1=4.2 s，t2=4.5 s

（3）定子零序保护

3u0=10V，零序电流：10.0A，延时 t1=6.0s，t2=6.0s，t3=6.0 s

4.2 1号机保护动作数据

从1号发电机保护数据库调用动作时记录的数据如下：

（1）比率制动差动保护动作（表2）动作时间：2011/02/26 21:58:53.485

表2

（2）复压过流保护动作（表3）

t1动作时间：2011/02/26 21:58:58.663 t2动作时间：2011/02/26 21:58:58.964

表3

（3）定子零序过电压保护动作

动作时间：2011/02/26 21:58:53.747

定子零序电压：3U0=43.97 V

5 事故现场检查情况

事故后现场检查，拆除1号发电机中性点部位安全网，发现中性点引线、流变铜排母线表面的绝缘材料均有不同程度烧焦，穿墙引线部位更为严重，环氧树脂绝缘隔板上部第一块烧焦特别严重；打开上部第一块环氧树脂绝缘隔板，发现定子线棒也有烧焦现象，AB两相穿墙引线烧焦现象更为严重。对发电机定、转子都用500 V摇表进行摇绝缘，定子A、B、C三相相间、对地均为0，认定定子绝缘已经损坏；转子绝缘为0.4 MΩ，认为转子正常。

6 事故过程分析

（1）从监控记录“1号机机端电压80%以上动作”和“1号机空载状态动作”，说明机组建压已经成功；下一流程原本应是投入自动准同期进行同期并网流程，监控记录没有“投自动准同期”信号，也没有“合开关”信号。

（2）“1号发电机保护事故动作”和“1号发电机保护跳闸动作”信号结合保护动作数据，可以认定发电机纵差保护无时限动作出口，由于开关在“分闸”位置，不能切除故障电流；同时联跳灭磁开关、起动停机流程工作。

（3）“1号机励磁灭磁开关分闸”表明切除了励磁电源，定子绕组短路电流下降，“1号发电机保护事故复归”和“1号发电机保护跳闸复归”表明1号发电机差动保护复归。

（4）“1号机事故停机动作”和“1号机调速器紧停电磁阀投入”表明已启动停机流程。

（5）再次发出的“1号发电机保护事故动作”、“1号发电机保护跳闸动作”和“1号主变高压开关跳闸动作”信号结合保护动作数据分析，是复合电压过电流保护t1时间出口跳开主变开关；短路电流起动差动保护同时也起动复压过流电流元件，短路时机端电压小于低电压动作值，满足复压过电流保护动作条件，开始计时，维持到延时元件动作时出口跳闸。

（6）灭磁开关分闸断开励磁电源，定子电压慢慢消失，定子短路电流也应随着衰减，为何可持续4 s多出口跳闸，只能理解为转子灭磁回路灭磁效果不好，有较大的励磁电压持续存在，定子电压也较大，短路电流也较大，加上复压过电流保护电流元件返回系数较大，足以满足t1时限（4.2 s）出口去跳主变高压开关和t2时限（4.5 s）出口跳所有开关；保护信号与整定时间完全相符。

（7）再次发出的“1号发电机保护事故复归”信号、“1号发电机保护跳闸复归”只表明短路电流较小，复压过流保护返回。

（8）定子零序过电压保护记录的零序电压表明定子先发生单相接地短路，电压值43.97 V，可以计算出离中性点43.97%位置发生接地短路，监控系统没有记录，但发电机保护记录的动作时间与纵差保护动作出口时间相同，而定子零序过电压保护t1、t2、t3均整定为6 s，也就是说在差动保护动作出口前6 s就已发生定子单相接地故障，如果以第一次“1号发电机保护事故”来认定差动保护动作出口，就基本上可推断接地故障发生在21:58:42（监控系统时钟）前后，也就是“机端电压80%以上复归”信号发出的同时就发生了单相接地故障。

（9）“1号发电机故障”表明定子单相接保护动作出口发故障信号，反推也能证明单相接地故障发生在21:58:42。

（10）微机保护无时限整组动作固有时间很短，最快动作时间可以达到20 ms以内，一般不超过50 ms，加上差动保护启动“1号机发电机保护事故”和“1号机发电机保护跳闸”的时间应不超过1 s，也就是说由单相接地转化成相间接地短路或三相短路的时间应在21:58:47前后。

7 事故原因总结

北津电站地处福建省，南方的气候特点是空气潮湿，湿度大，发生事故前近半个月（2011年春节）电站都停机，发电前2 d气候反常，回潮严重。运行人员申请发电后，并未按运行规程规定对定、转子进行绝缘测试，也没有进行机组空转干燥运行以提高定、转子绝缘水平，而是直接开机建压。正是定、转子潮湿绝缘下降，导致开机建压过程中发生单相绝缘击穿接地，发展成三相短路，造成重大设备事故。事故抢修持续一个多月，更换了三相定子下层线棒各一根。事故的教训是：设备操作要严格遵守运行规程。