发电机出口PT接地故障的分析与处理

戴寿超

(闽西职业技术学院 电气工程系, 福建 龙岩 364021)

发电机出口PT接地故障的分析与处理

戴寿超

(闽西职业技术学院 电气工程系, 福建 龙岩 364021)

简要介绍了火电厂系统主接线和发变组主要保护配置, 针对某机组运行时显示的故障现象, 分析发变组保护装置动作报告和机组故障录波的特征, 通过排查判断是发电机出口PT接地故障, 对故障原因进行分析查找, 并制定出相应的处理和防范措施.

发电机; PT接地; 故障处理

引言

发电机是火电厂三大主要设备之一. 随着机组容量的增大, 对设备可靠性要求越来越高, 一旦设备发生故障, 不仅威胁电网稳定运行, 而且会给发电企业造成巨大经济损失. 因此, 对设备的制造、安装质量要求高, 同时对二次设备及保护配置也提出了更高的标准, 以确保在发电机内部或外部发生故障的情况下能快速地切除或隔离故障点, 不发生人身伤害和设备损坏事故. 根据某火电厂的实际生产数据统计, 出口PT出现故障停机的情况时有发生[1]. 本文以出口PT接地故障为例, 从现场现象及数据出发进行检查分析, 最终故障得到可靠的处理.

1 火电厂系统主接线

某火电厂系统主接线如图 1所示. 火电厂二期工程安装2台300MW火力发电机组, 发电机励磁系统采取自并励方式, 由励磁变提供励磁电流; 发电机与主变压器之间采取硬连接方式, 中间不设断路器, 发电机出口电压20KV经主变压器升压后, 采用单元接线送入220KV高压母线, 母线设分段断路器和专用母联断路器,同塔架设的Ⅰ、Ⅱ出线与另一个500KV变电站相连. 厂用电系统设置专用的高压启动/备用变,采用6KV电压等级, 正常运行由高厂变供电, 机组启动或停运期间由启备变供电[2].

图1 火电厂系统主接线

2 发变组主要保护配置

图2为发变组保护配置示意图. 发变组主要配置发电机的差动、定子接地、定子匝间短路、过电压、定子对称反时限过负荷和主变差动、零序等保护[3]. 发变组保护各配置两套电气量保护的 RCS-985B和一套非电量及失灵保护的RCS-974AG微机数字成套保护装置. RCS-985B保护装置提供一台发电机变压器单元所需要的全部电量保护, 对主变压器、发电机、高厂变、励磁变实现主保护、异常运行保护、后备保护的全套双重化. 两套保护分别采用二次谐波和比率差动原理, 且取不同组 TA, 主保护、后备保护共用一组TA, 每套保护出口对应不同的跳闸线圈. RCS-974AG保护装置实现变压器的非电量保护、非全相保护和断路器失灵保护, 且设置两套: 一套供主变非电量保护用, 另一套供高厂变非电量保护用, 两套布置在同一柜内. 同时为了增加失灵启动的可靠性, 失灵启动不应与电量保护在同一个装置内.

图2 发变组保护配置

3 显示的故障现象

故障前工况: #5机负荷300MW, 发电机主汽温540.1℃, 主汽压16.65Mpa, 再热汽温540.7℃, 再热汽压 3.25Mpa, 床温 938℃, 机组运行稳定. #6机负荷 300MW, 主汽温 539℃, 主汽压 16.5Mpa, 再热汽温540℃, 再热汽压3.2Mpa, 床温950℃, 机组运行稳定. 同时#5、6机组继电保护全部投入运行, 热工联锁保护正常投入运行, 机组DCS、一次调频等正常投入, 220KV升压站按双母接线方式运行. 运行一段时间后DCS画面上发出A/B屏“发电机定子接地零序电压”报警和“定子接地保护动作”信号光字牌. #5发变组出口断路器跳闸, 且与系统解列, 汽轮机联调, 锅炉 MFT, 主汽门关闭时间正常, 设备联动正常, 6KV厂用电采用快速的专用备用自动投切, 一段时间后, 当汽轮机在较低转速时, 投入盘车装置.

#5发变组保护装置屏打印数据见表1. 故障前发电机出口二次电压值为58.1V, 事故发生后, C相电压下降至8.94V, 同时发电机机端零序电压升至91.66V, 发电机中性点零序电压升至108.3V, 故障录波器显示接地变一次侧接地电流为2.8A, 已超过电流允许值1A. 跳闸前几分钟测得发电机定子冷却水箱部位和中性点的氢气浓度有突变并发出报警信号, 同时跳闸时发电机定子11槽层间温度也有负向突变现象.

表1 #5发变组保护装置屏打印数据

4 故障排查

4.1 发电机本体检查

首先断开发电机中性点, 测量发电机绝缘, 其中A相360MΩ、B相380MΩ、C相230 MΩ. 其次发电机进行气体置换, 由氢气置换成二氧化碳后, 进行发电机定子线圈耐压试验, A、B、C相线圈交流耐压30KV, 通过1分钟耐压试验, 并对发电机出口PT进行了交流耐压试验. 然后再用数字兆欧表摇测封闭式母线(包括主变低压侧、高厂变A/B高压侧、励磁变高压侧)的绝缘为1.2GΩ. 最后对发电机定子绕组测直流电阻, 不平衡率为0.39%, A相1.26MΩ、B相1.26 MΩ及C相1.265 MΩ. 通过检查发电机本体的参数都符合要求, 可以判断不是发电机本体绝缘出现问题引起的跳闸停机事故.

4.2 定子冷却水箱氢气浓度检查

机组跳闸前几分钟, 定子冷却水箱氢气浓度突变异常, 机组跳闸后氢气浓度恒定不变为 3.75%, 而且观察发电机氢气压力也无明显下降趋势, 依据定子冷却水箱氢浓度曲线记录, 分析认为定子冷却水箱氢气浓度突变异常现象是由于测点受干扰引起.

4.3 发电机出口PT柜检查

对发变组保护装置、发电机本体 PT、接地变等相关二次回路和接线等进行检查, 回路接线正确紧固且保护定值整定正确. 当机组跳闸后检查发电机出口 PT一次保险正常, 并对有关回路进行进一步检查,发现有两处放电击穿点, 一处是发电机出口PT柜内的PT中性点高压电缆外侧铠层与C相避雷器母线铜排放电击穿. 另一处是在PT柜顶部电缆槽盒内, 该电缆铠层对金属槽盒放电. 击穿放电点如图3所示.

图3 击穿放电点图片

5 故障分析与处理

5.1 故障原因分析

#5发变组两套保护装置波形数据与故障录波器采样数据一致并记录了发电机机端电压的采样录波数据和发电机保护装置动作报告, 如图4、5所示. 通过分析#5发变组保护装置屏保护装置动作报告和机组故障录波的特征, 可以判断发电机出口C相存在接地故障现象. 根据击穿放电点判定发电机出口C相避雷器母排对PT中性点专用电缆铠装防护层发生对地放电现象, 并导致在PT柜顶部电缆槽盒内, 该电缆铠层对金属槽盒放电, 最终导致发电机组跳闸. 发电机出口避雷器母排与PT中性线电缆放电示意图如图6所示. 查证了专用PT中性点电缆与避雷器母排之间的安全距离不够, 是机组在施工时没有遵照标准建设引起的, 也就是导致本次机组跳闸的主要原因.

图4 故障录波器录波波形

图5 发变组保护装置屏保护装置动作报告

图6 #5发电机出口避雷器母排与PT中性线电缆放电示意图

5.2 整改处理措施

(1) 对发电机专用PT中性点电缆放电处清理后进行热缩处理, 加装防护套, 电缆端头做好屏蔽接地,并进行绝缘测试, 确保耐压试验合格.

(2) 将发电机专用PT中性点电缆变更敷设路径, 增大安全距离, 按规程要求20KV带电导体安全距离必须大于0.18m[4].

(3) 对发电机出线相关电气一次、二次及热工电缆进行检查, 在桥架拐角处加装绝缘垫防护.

(4) 机组恢复备用后, 重点检查定子冷却水箱部位、中性点的氢浓度、发电机11槽温度有无变化.

(5) 加强电气设备的巡检、点检等日常定期工作的开展, 利用热成像仪定期对相关电气设备进行检查,每次停机对发电机出口PT柜内设备进行检查维护, 及时消除隐患.

6 结束语

本次的发电机出口PT接地故障是由于在施工期间监督管理不到位, 没有及时发现因施工质量造成的安全隐患, 没有认真检查该电缆与避雷器母排之间的安全距离和防护措施, 致使中性点电缆与避雷器母排之间击穿放电, 导致机组跳闸. 另外, 在之前的机组停机检修期间, 没有打开PT柜后盖进行检查, 设备维护管理也不到位. 通过本次故障的分析与处理, 及时填补了施工环节和设备管理环节的漏洞, 提升了企业的设备维护管理水平.

[1] 肖华宾. 600MW发电机出口PT故障技术分析及解决方案[J]. 神华科技, 2009,7(4): 50～52

[2] 范锡普. 发电厂电气部分 [M]. 第2版. 北京: 中国电力出版社, 2002

[3] 吴利平, 曾万德, 徐德荣, 等. 某厂发电机定子接地保护动作跳机情况分析[J]. 江西电力, 2011, 35(4): 56～58

[4] DL/T5352-2006. 高压配电装置设计技术规程[S]. 北京: 中国电力出版社, 2007

Analyzing and Handling the PT Grounding Fault in the Generator Outlet

DAI Shou-chao
(Department of Electrical Engineering, Minxi Vocational &Technical College, Longyan 364021, China)

This paper introduces the main protection configuration of the main wiring and the generator-transformer unit in heat-engine plants. To the faults in the processing of a set, the paper analyzes the report of the protection configuration of the generator-transformer unit and the features of fault recorder, and then checks out that the fault comes from the PT ground in the generator outlet, finally finds out the reasons and puts forward relevant countermeasures.

generator; PT ground; fault handling

TM621.3

A

1672-5298(2014)04-0063-05

2014-09-13

戴寿超(1958− ), 男, 福建永定人, 闽西职业技术学院电气工程系讲师. 主要研究方向: 发电机与变压器技术