发电机定子接地故障处理与技巧

2020-01-05李京哲许文波杨凤君

科学技术创新 2020年23期

李京哲许文波杨凤君

（1、哈尔滨电气股份有限公司，黑龙江哈尔滨150000 2、哈尔滨松林电站设备有限公司，黑龙江哈尔滨150000 3、哈尔滨电气动力装备有限公司，黑龙江哈尔滨150000）

一般大型发电机的中性点是不采用直接接地的方式的，因此当发电机在运行出现问题时，出现问题的故障点会流过对地电容电流，而该电容电流所形成的电弧将会损害发电机其他部位的绝缘体从而引起铁芯的灼伤，铁芯遭到灼伤后则会形成相当具有危险性的相间或者匝间的短路问题，情况严重时还会烧毁发电机。

1 国内外关于接地故障保护方案研究的发展现状

为保证电力的稳定安全运行有关方面应当制定科学的接地故障保护方案，避免用电事故的发生。结合国内外这方面的发展现状而言，常见的发电机定子单相接地保护方案包含双频式定子单相接地保护、电源注入式定子接地保护这两种。首先，针对第一种而言，该方案是基于基波零序电压型与三次谐波电压型保护方案之上的统称，通过应用该方案，可以起到一定的接地故障保护效果，目前应用较为广泛。其次，第二种方案的应用，也具有接地故障保护效果。

相比较第一种方案而言，第二种方案的使用则会让接地故障的的保护工作得以更加顺利的展开，此种方案是利用外加的电源来实现单相接地故障的发生，外加的电源注入式定子接地保护，利用的就是绝缘的原理，也就是在内部发动机处于正常工作三相定子回路对地处于绝缘状态，不过这种绝缘状态也并非始终存在，当遇到对地绝缘在发生单相接地故障时绝缘状态就会自动消失，当绝缘状态遭到破坏时，也就说明发电机出现故障，这样就可以明显的区分发电机是否处于正常运行的状态了。当然对于区分发电机是否出现故障的方法并不只这一种，还有一种方法是利用外加的信号电源来判断发电机是否正常运行，想要判断发电机是否处于正常的工作状态，可以通过对电流的观察来进行判断，如果发电机处于正常的工作状态，那么此时的信号电源则不会产生电流，反之则信号电源会产生较大的电流。信号电源是外加的，因此在位置上并不会受到限制，对定子接地可以进行100%的保护。这种保护无论是发电机处于什么状态下都是可以对其进行保护的，灵敏度很高另外对于绝缘的检测也可以发挥作用，因此这种接地保护的发展前景是很好的。

2 发电机定子接地的故障以及处理

2.1 定子接地的故障及判断

发电机发出“定子接地”报警后，应判明接地相别和真、假接地。当定子一相为金属性接地时，通过切换定子电压表可测得接地相对地电压为零，非接地相对地电压为线电压，各线电压不变且平衡。定子绝缘电阻测量测得“定子接地”电压表指示为零序电压值。由于“定子接地”电压表接在发电机电压互感器开口三角绕组的两端，因此，正常运行时“定子接地”电压表的指示为零，当定子绕组出现一相接地时，因开口三角形连接的二次绕组连接的三相绕组相电压为100/3V，故“定子接地”电压表的指示应为100/3=100V。如果一点接地发生在定子绕组的内部或发电机出口，且为电阻性，或接地发生在发变组主变压器低压绕组内，切换测量定子电压表，测得接地相对地电压大于零而小于相电压，非接地相对地电压大于相电压而小于线电压，“定子接地”指示小于100V。当发电机电压互感器高压侧一相或两相熔断器熔断时，其二次侧开口三角绕组端电压也要升高。如U相熔断器熔断，发电机各相对地电压未发生变化，仍为相电压，但电压互感器的二次侧电压测量值因U相熔断发生了变化，即UVW 降低，而UVW 仍为线电压，各相对地电压Uu0Uw0 接近相电压，Uu0 明显降低，“定子接地”电压表指示为100/3V，发“定子接地”信号。

2.2 发电机定子接地的处理

针对发电机发电机定子接地的故障，首先应当确保按照发电机本身的规格进行区别处理。以下分为两种情况，第一种情况是如果是小于150MW的发电机且接地的电容电流没有达到5A时，如果没有及时的对发电机的故障进行解决措施时可以在2 个小时内在电网一点接地时进行短暂的运行工作；而如果是容量大于150MW的发电机且电容电流大于5A时，如果发电机同样发生了发电机定子接地的故障，为了保障发电机内部的安全，则必须要多发电机做出以下两种措施，一是对发电机进行并列，而是对发电机进行灭磁，这两种方法都可以在一定程度上避免发电机在出现故障时对铁芯造成较大的损伤或者是因此而引起的更大范围的破坏。有效的铁芯也会随之受到影响，让原本仅仅是单相短路的情况变成了相间的短路。当接收到定子接地的警告时，应当对真假接地进行辨别，针对真假接地的状况应当做出不同的应对措施，针对真接地的状况应当对发电机进行较为彻底的检查，以确保发电机可以及时的被查出确定的原因以及时的解决问题。如果出现了接地点出现在发电机的外部，应及时的采取才出的措施。采取的措施可以是将常用电倒地相对地电压降低，非接地相对地的电压升高，保持线电压不变。如果是假接地时，则是相对地电压不会出现升高的情况，线电压也不会出现平衡的状况。

3 同步发电机定子单相接地故障的处理方法

引起发电机出现故障的因素有很多，不过对发电机产生较大的影响的也是最为常见的一种故障就是定子绕组单相接地，而且一旦这种故障发生，就会引起更为严重的绕组内部的短路故障。而想要降低内部短路的发生几率，则可以利用定子绕组单相接地进行保护，因为这种故障会带来较大的损失，因此在如果这种方法带来了保护的作用，则可以在一定程度上减轻一定的经济损失。而如果想要对这种故障进行处理还有更加有效且简单的方法，就是采用基波零序电压构成的定子接地保护的原理，不过虽然这种方法的优点很多，但是也存在着一定的缺陷，这种方法很容易因为其整定值高而不能动作会在中性点的周围产生死区。因此为了对这一缺陷进行弥补，消除中性点附近的死区，对定子接地进行全方位的无死区的保护，对定子接地进行保护的方法应当采取正确的理念，例如对传统的三次谐波电压的保护理念的应用，就可以对定子接地进行全方位的无死区的保护，但是运用这种理念也并非没有其他的顾虑，传统的三次谐波电压的保护理念由于一些特定的因素会在一定程度上影响本身的灵敏程度，而如今随着我国对发电机各方面要求的不断提高，使得三次谐波电压保护并不能很好的满足现状。

4 单相接地故障保护方案研究的重要意义

经过对运行经验和对理论进行详细的分析可以得出以下结论：对发电机的内部破坏性最强的故障为定子绕组内部故障。但从定子绕组本身对发电机的伤害来说，伤害的程度还不算大，但是由于这种故障出现的频率较高，而且常常就会引起内部相间或者是匝间短路的故障，而定子绕组单相接地保护如果可以提高其本身的可靠性和灵敏程度，那么就可以大大的降低内部短路故障的发生几率。而如果定子单相接地故障的电流较小的话，则可以避免对发电机定子铁芯的伤害，从而可以降低一定的经济损失。因此，应当加强定子绕组单相接地的保护。以来减少出现内部短路故障。

5 定子单相接地保护的展望

近些年，在电力系统中不断有新技术进行应用，这些新技术的应用为让物质基础光学电流和电压互感器得到了更好的应用，而且一些高科技的器件对发电机的保护性能的提高有着很大的意义和影响。在对定子接地的故障，还有相当一部分的学者将很多理论性的知识和应用添加到对继电的保护当中，不仅在一定程度上丰富了原有的继电保护理论，还使得继电保护理论的应用和发展。

而对于发电机的三次谐波电势而言，对灵密度会有一定的影响，从而导致三次谐波保护在运行当中存在着较大的不稳定性因素。而传统的基波零序和外加的信号电源两种保护对定子接地保护的方案各方面都是趋于成熟的，但是其灵敏度的提高程度却已经基本达到了上限，因此对新型的基于暂态量保护的研究是目前应当充分得到重视的。