一起发电机定子接地保护跳机原因分析及对策

张太林

(四川广安发电有限责任公司，四川 广安 638000)

1 设备概况

某电厂2×600 MW燃煤汽轮发电机组为东方电机股份有限公司生产的QFSN-600-2-22C型由汽轮机直接拖动的隐极式、二极、三相同步发电机，采用水氢氢冷却方式，即定子绕组采用水内冷方式，转子绕组和定子铁芯采用氢内冷方式。从汽轮机向发电机方向看，其旋转方向为逆时针方向，采用静止可控硅机端变自励方式励磁。

发电机变压器组(以下简称发变组)采用单元接线，经三相单相式变压器升压接入500 kV系统。发电机经分相封闭母线与主变压器(以下简称主变)、高压厂用变压器(以下简称高厂变)、脱硫变压器(以下简称脱硫变)、励磁变压器(以下简称励磁变)及机端电压互感器(PT)/避雷器相连。分相封闭母线至主变、高厂变、脱硫变、励磁变及机端PT/避雷器的连接段均设有可供拆除的软连接，软连接外用橡胶皮包裹，防止粉尘、雨水进入。

该600 MW发电机额定功率为600 MW，额定容量667 MV·A，机端额定电压为22 kV，额定电流为17 495 A，额定励磁电压为400.1 V，额定励磁电流为4 387.4 A，额定功率因数为0.9(滞后)，效率大于等于98.9%，额定转速为3 000 r/min，定子绕组接线方式为YY，出线端子数目为6，定子绕组绝缘等级为F级，定子线圈工频耐受电压为47 kV，强励顶值电压倍数大于等于2，允许强励时间为20 s，负序电流承载能力：I2/IN=10%，(I2/IN)2t=10 s(其中：I2为负序电流标幺值；IN为额定电流；t为故障时间)。

该机组发变组保护采用国电南京自动化股份有限公司生产的DGT801数字式发变组保护装置。主要包括了600 MW发电机、主变、高厂变、励磁变、脱硫变微机型继电保护。发变组保护按双套主保护双套后备保护方案配置，为双电源双中央处理器(CPU)系统硬件结构；保护压板和出口压板独立设置，保护压板为弱电回路，出口压板为强电回路，分开设置可保证发变组保护装置的强弱电严格分开。发变组保护分为电气量保护(双套配置)和非电气量保护(单套配置)，两套电气量保护正常时，“与”出口组合，当一套保护异常时，可退出其出口，另一套可正常运行。

发变组主保护有：发变组差动保护，主变差动保护，高厂变差动保护，励磁变差动保护，脱硫变差动保护，发电机差动保护以及发电机定子匝间、转子两点接地保护。发电机后备和异常运行保护有：发电机定子接地保护、发电机失磁保护、发电机对称过负荷(反时限)保护、发电机负序过负荷(反时限)保护、转子一点接地保护、发电机逆功率保护、发电机程序跳闸逆功率保护、发电机频率异常保护、发电机过激磁保护、发电机失步保护及发电机低阻抗保护。

2 事故经过

2013-06-06 T 01:16，该厂600 MW机组事故跳闸，机组跳闸首出原因为发变组A，B保护屏上的发电机3U0定子接地保护同时动作，机组大联锁动作，即锅炉主燃料跳闸(MFT)后联跳汽轮机。

机组跳闸后，电气专业相关人员立即赶到现场，仔细检查，逐一排查，分析原因。

(1)发变组保护A，B屏发电机机端零序电压3U0t动作值为73.5 V(整定值为5.0 V)，中性点零序电压3U0n动作值为49.0 V(整定值为3.2 V)，延时6 s跳发电机。由于发变组A，B保护屏定子接地保护取自不同的PT，2套保护同时动作，可以排除发变组A，B保护屏同时误动的可能性。

(2)查阅发电机故障录波器，发电机定子三相电流波形在事故前、后无明显突变，但定子三相电压波形在机组跳闸前6 s发生了突变，A，B相电压上升，C相电压下降，主变高压侧三相电压也发生同步突变，参数见表1。

表1 主变高压侧参数

(3)汽机房6.9 m发电机机端3组PT和避雷器无放电痕迹和损伤现象。监测发电机机端PT至发变组保护柜、励磁调节柜电压回路正常。

(4)故障前、后发电机励磁电压、励磁电流及其波形正常。

(5)故障前、后发电机定子冷却水电导率为0.56×102μS/cm，pH值为7.2，正常。

(6)500 kV升压站线路故障录波器，500 kV I组母线、Ⅱ组母线电压和线路电流及其波形无明显变化。

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(7)汽机房6.9 m室内分相封闭母线无明显进水现象(天下大雨，无法进行室外检查)。

电气专业人员检查后，汇总分析认为，发电机三相电压变化明显，尤其是A，B相电压明显上升，C相电压明显突降，三相电压波形变化符合C相定子接地故障现象，但发电机三相定子电流变化不明显，说明发电机定子没有明显的接地故障，至少没有金属接地故障。该故障现象很蹊跷，但电气专业人员仍持谨慎的态度，认为发电机定子回路可能存在故障，需要继续进行试验检查，机组暂不恢复运行。

3 检查试验处理情况

按照DL/T 596—2005《电力设备预防性试验规程》，电气专业制订发电机定子接地检查试验方案，并逐一实施。

2013-06-06，检修人员对发电机机端分相封闭母线、中性点以及PT二次回路等进行了相关检查，未发现异常；对发变组保护装置及装置的电流、电压采样值进行了加量试验，均正常。

同时，检修人员对发电机本体进行了初步检查，未发现发电机机壳外有积水、漏油等情况；对励磁变、机端出线封闭母线、中性点接地变压器及PT等电气回路和设备进行了检查，未发现故障迹象；对发电机出口1PT，2PT，3PT进行交流耐压测试，测试合格。

2013-06-07，生产部安排拆除主变、高厂变、脱硫变、励磁变、发电机定子出线与分相封闭母线的软连接，准备对发电机分相封闭母线进行交流耐压试验。检修人员在拆除主变低压侧升高座上方的软连接处的橡胶伸缩套时，发现主变C相低压侧橡胶伸缩套管密封筒积满了雨水，拆除密封筒底座排水管道手动门，排尽水后发现该密封筒内壁有轻微电弧放电痕迹，说明故障原因是主变C相低压侧升高座密封筒积水，使发变组C相经封闭母线外壳对地呈高电阻接地，致使发电机机端电压和主变高压侧C相电压突降，机端3U0定子接地保护动作跳机。

为了验证以上的判断，拆除主变、高厂变、脱硫变、励磁变、发电机出线与分相封闭母线的软连接后，对发电机分相封闭母线进行交流耐压试验(试验电压50 kV，持续时间1 min)，试验合格。

2013-06-16，汽轮机缸温降至120 ℃，停盘车，将发电机内部的氢气置换成空气，定子冷却水投运正常，定子冷却水电导率小于0.015 μS/cm，拆除发电机与分相封闭母线的软连接，解开发电机中性点，布置好安全措施后，试验人员对发电机定子做交流耐压试验，试验电压30 kV(发电机交流耐压试验是在不抽转子、不对发电机机端及定子膛内做清洁的情况下进行试验的，因而耐压试验值取30 kV)，试验时间1 min。该交流耐压试验合格，说明发电机定子线圈不存在绝缘损伤，不需要对发电机抽转子，也不需要做发电机空载试验和短路试验。

4 发电机定子接地保护跳机原因分析

(1)主变C相低压侧升高座上方的橡胶伸缩套破裂，有一道长约10 cm、宽约2 mm的裂缝，下大雨时雨水顺着该裂缝进入套管密封筒。

(2)检查套管密封筒底座排水管道，排水管道上有一铜质手动门，手动门门杆行程是“全开”的，但阀门没有水滴痕迹，怀疑该手动门阀芯脱落堵塞排水管道，于是拆除该手动门，发现该手动门阀芯没有脱落，但被铁锈皮堵塞，掏出铁锈后排水正常。

(3)套管密封筒排水后，检查密封筒内壁有轻微电弧放电痕迹，说明该处就是定子接地故障点。由于主变C相低压侧升高座套管密封筒积水，没有形成金属性接地，使发变组C相经分相封闭母线外壳对地呈高电阻放电，形成非金属接地，致使发电机机端电压突降至9.2 kV(额定值12.7 kV)，A，B相电压突升至13.0，14.7 kV，主变高压侧C相电压突降至207 kV(额定值305 kV，A，B相电压因500 kV系统为中性点直接接地系统，仍保持305 kV，没有变化)，相电压波形变化明显，而发电机定子三相电流变化较小(A，B，C三相电流分别为12.60，12.88，13.11 kA)，使发电机机端三相电压不平衡，A，B发变组保护屏3U0接地保护正确动作。

查阅相关资料，发现该机组自2006年投运以来，一直未更换主变低压侧升高座上方的橡胶伸缩套。橡胶伸缩套胶皮老化破损没有及时发现，遇夏季大暴雨，雨水从裂缝进入伸缩套；同时，C相低压侧升高座下部排水管上的铜质阀门门芯被铁锈堵塞，排水不畅而积水，引起C相对地放电，触发发电机定子接地保护动作。

5 整改措施

(1)立即拆除该机组主变、高厂变、脱硫变与分相封闭母线的软连接外橡胶伸缩套底座的排水管道手动门，改为直接敞排。

(2)立即检查和更换破损的主变、高厂变、脱硫变与分相封闭母线相连的橡胶伸缩套。

(3)利用调停备用机会，将该厂其余机组的主变、高厂变、脱硫变排水管道上的手动门拆除，改为直接敞排。

6 预防措施

主变、高厂变、脱硫变与分相封闭母线软连接处的橡胶伸缩套长期处于室外，日晒雨淋，易老化破损，应纳入逢停必检项目。

(1)取消主变、高厂变、脱硫变与分相封闭母线相连的排水管道上的手动门，直接敞排，以防排水不畅。

(2)将主变、高厂变、脱硫变与分相封闭母线相连的橡胶伸缩套列为标准检修项目。大修时，更换主变、高厂变、脱硫变的橡胶伸缩套；小修时，检查主变、高厂变、脱硫变橡胶伸缩套的密封性。

(3)发变组预防性试验前，应检查主变、高厂变、脱硫变橡胶伸缩套的密封性。

(4)将主变、高厂变、脱硫变橡胶伸缩套的密封性检查列为防汛度夏检查项目，每年对停备机组的橡胶伸缩套进行1次密封性检查。

(5)高厂变和启备变低压侧共相封闭母线的橡胶伸缩套也应纳入标准检修项目，并将其伸缩套下部的排水管道手动门取消，直接敞排。

(6)橡胶伸缩套有破损时应立即处理，并将破损情况、处理情况、供货厂家等信息记录归档，便于分析该橡胶伸缩套的材质并优选物资供货单位。

7 结束语

电厂必须从项目基建开始，加强设备安装、检修管理和技术监督管理，杜绝检修管理漏项，重视室外设备及其附件的定检和维护，不断完善规程和制度，并将《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》和《国家电网十八条》贯穿在电力生产全过程管理中，制订详细的检查项目，并认真检查现场设备，及时查出并消除隐患，才能控制和预防事故。

参考文献：

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