一起发电机定子接地保护动作原因分析及整改

戚彦玉，芦玉柱，马 伟

（酒钢集团公司能源中心，甘肃嘉峪关 735100）

引言

某发电厂300 MW 发电机型号为QFSN-300-2型三相隐极式同步发电机。该发电机出口装设三组电压互感器(简称TV)，主要是为发电机变压器保护、自动装置、励磁控制回路提供发电机电压信号。

2017年4月该发电厂正常运行时发生发电机定子接地保护动作，造成机组跳闸事件。检查发现发电机出口1TV C 相电压互感器本体有裂纹，进行预防性试验判断互感器内部匝间短路。由于发电机出口电压互感器故障现象与定子绕组的接地故障现象相类似，故障引起发电机中性点及机端的电压偏移，当达到发电机定子接地保护动作值时，导致发电机定子接地保护动作跳闸。

2 保护逻辑及动作分析

2.1 保护原理

该电厂发电机定子接地保护以零序基波电压和三次谐波电压作为判定条件，并带延时动作于全停。基于基波零序电压原理的定子接地保护以零序基波电压为判定条件，在保护区内有较高的灵敏度，但在接近中性点处存在死区；基于零序三次谐波电压原理的定子接地保护以三次谐波电压作为判定条件，能消除零序基波电压原理定子绕组接地保护在中性点附近的保护死区，两种保护相结合能实现发电机100%定子接地保护。发电机定子绕组和电压回路的绝缘应由位于发电机引出线的零序电压表来监视和监测。见图1。

图1 发电机3U0定子接地保护逻辑图

2.2 定子接地保护定值

定值名称、符号和定值

机端零序电压：3U0g1,10 V；

中性点零序电压：3U0g1n，10 V；

延时：t11，1.5 s。

2.3 保护动作记录

现将该电厂2017 年4 月发电机定子接地保护动作记录说明如下：

17:03:32 发变组故障录波器启动，发电机出口二次电压Ua突降至56.60 V，Ub突增至60.33 V，Uc突降至55.82 V，机端零序电压突增至4.2 V。发电机机 端 电 压Uab由19.88 kV 增 至19.93 kV，Ubc由19.86 kV 增至20.09 kV，Uac由19.87 kV 降至19.58 kV。

17:06:06.999 发变组保护B 柜发TV 断线信号，故障报文为机端零序电压3U0t=12.9089 V，中性点零序电压3U0n=8.0137 V。

17:06:12.564 发变组保护B 柜故障报文为机端零序电压3U0t=16.056 V，中性点零序电压3U0n=9.9682 V，TV断线信号返回。

17:06:14.637 发变组保护B 柜定子接地3U0保护动作，新#3发电机跳闸，汽轮机跳闸，锅炉MFT 动作，厂用电源切换成功。保护装置动作报文为：机端零序电压3U0t=19.8511 V，中性点零序电压3U0n=12.3179 V。

17:06:14.669 发变组保护A 柜定子接地3U0保护动作。动作报文为：机端零序电压3U0t=17.0279 V，中性点零序电压3U0n=12.3037 V。

发电机故障有关电气量参数见表1。

表1 发电机故障前及故障时有关电气量参数（电流、电压均为二次值）

调阅新#3 发变组故障录波器报文，保护跳闸时发电机出口二次电压Ua=56.605 V，Ub=60.326 V，Uc=55.822 V，三相一次对地电压不平衡，机端零序电压3U0t、中性点零序电压3U0n均达到动作值，发变组保护定子接地3U0保护动作。

发电机定子接地保护定值为3U0t=10 V，3U0n=10 V，延时t=1.5 s。故障时机端零序电压3U0t=19.8511 V，中性点零序电压3U0n=12.3179 V，均达到动作值，发变组保护定子接地3U0保护动作正确。

3 原因分析

检查发现发电机出口1TV C相电压互感器有异味，外壳有裂纹，测量发电机1TV 三相阻值偏差大（A 相为1956 Ω，B 相1962 Ω，C 相为1762 Ω），1TV C相电压互感器内部匝间短路，造成发电机定子C 相二次电压降低，B 相二次电压升高，零序电压突增，达到发电机定子接地保护3U0动作值，发变组保护动作，机组跳闸。

图2 发电机出口电压互感器接线图

查阅发电机故障录波器数据，当发电机机端TV一次绕组发生匝间短路时，故障相对地等效阻抗减小，其他两相对地阻抗不变，定子三相对地阻抗不平衡，导致发电机三相一次对地电压不平衡，产生机端对地零序电压和中性点对地零序电压达到发电机定子接地保护动作值。

专业技术人员分析得出发电机出口TV 存在设备问题，绕组分布不均，环氧树脂间有气隙存在。随着运行时间的增加，局部放电量逐步增大,导致绝缘击穿发生一次侧匝间短路，短路点逐渐发热，绝缘情况进一步恶化，短路可能性上升，最终造成电压互感器出现裂纹，环氧树脂熔化渗出。

此次事件同时暴露出该电厂技术人员对发电机出口电压互感器重视程度不足，对重要电气设备的预防性试验没有进行劣化分析，未根据现场设备实际运行情况缩短预防性试验周期，对发电机出口电压互感器预防性试验项目和周期执行不到位。

4 控制措施

通过对以上设备故障的查找和原因分析，制定防止发电机出口电压互感器本体故障的控制措施，对重要电气设备预防性试验周期进行完善，避免此类问题的再次发生。

（1）对发电机1TV 电压互感器进行整组更换，同时采购运行10 年以上的发电机出口电压互感器备件，严把设备选型和验收质量关，安装前严格按照预防性试验标准周期和项目进行预防性试验，对试验发现问题或有劣化趋势的进行更换。

（2）对发电机电压互感器预防性试验项目及周期进行确认及监督执行，生产、检修各级技术人员对试验数据和项目进行分级确认，杜绝试验项目不全或周期超限的事件发生。

（3）对发电机定子接地事故处理程序卡内容进行修改，制定详细的事故现象判断和事故处理措施，下发至生产、检修岗位人员学习并执行。在DCS画面增加发电机1TV 出口电压三相偏差报警信号，当出口电压三相偏差大于0.2 kV 时发报警信号，同时通知专业技术人员到场处理，便于设备参数出现异常时及时处理。

（4）对其余发电机出口TV 二次回路负载进行统计分析，每年机组检修前进行TV 二次回路负载测试，通过试验数据分析出电压互感器二次侧有无过载现象，发现问题及时处理。

5 结束语

发电机正常运行时电压互感器故障发生定子接地保护动作的现象，会对发电机设备、电网系统以及人身安全造成较大影响，有效避免运行机组发生发电机电压互感器故障是专业技术人员必须面临和解决的技术问题。一方面从电压互感器的选型以及一、二次回路检查进行严格把关和监督执行；另一方面要对电压互感器进行全面检查和定期的预防性试验，杜绝可能存在的隐患，满足生产现场的设备性能要求。