一起PT二次回路短路引起的启停机保护动作分析

杨奇，赵路佳，罗敏，张建捷

（山西漳山发电有限责任公司，山西长治 046021）

一起PT二次回路短路引起的启停机保护动作分析

杨奇，赵路佳，罗敏，张建捷

（山西漳山发电有限责任公司，山西长治 046021）

针对某电厂一起PT二次回路短路引起的发电机启停机保护动作故障，经故障查找、处理及发电机定子接地原理分析，最终确定PT二次回路引出线端子处短路。给出了区分定子一次设备接地与二次回路短路的方法，并提出了相应的建议。

启停机保护；PT二次回路；短路；定子接地

1 接线方式概述

2013年9月，某火电厂机组建压过程中发生一起PT二次回路短路故障，造成发电机变压器组（以下简称发变组）启停机保护动作。该火电厂为发变组单元接线方式，发电机容量300MW，机端额定电压20 kV，发电机中性点采用接地变压器接地，中性点装设电流互感器XLH，接地变压器二次侧装设中性点电压互感器YH，二次额定电压100 V。发电机出口三组PT（1YH，2YH，3YH）二次额定电压100 V，开口三角形额定电压100 V。1YH用作误上电、启停机、阻抗保护等，2YH用作测量、励磁等，3YH用作定子接地（专用）、匝间保护等，YH用作定子接地，接线方式如图1所示。

2 故障过程

2013年9月29日9时许，＃2机组汽轮机定速运行，集控室发＃2机组励磁投入命令，灭磁开关闭合，发电机开始建压，随即＃2发变组保护A，B套“启停机”保护均动作，跳灭磁开关，关汽轮机主汽门，故障录波器启动，分散控制系统（DCS）画面首出发变组保护动作。检查A，B套发变组报文：启停机保护动作值12.3V。

3 故障分析

3.1 故障录波分析

故障发生后，首先调取故障录波器文件，发现发电机机端电压A相电压从10.6 V上升至13.2 V，B相电压从11.3V上升至14.2，C相电压从1.3 V上升至1.6V，机端开口三角形电压从10.3 V上升至12.9V，发电机中性点电流0.2A，录波启动约0.6 s后双套发变组启停机保护动作，其中故障录波器机端A，B，C电压取自机端1YH的1线圈，零序电压取自1YH开口三角形。录波文件如图2所示。

图2 发电机故障录波器波形

3.2 发电机启停机保护原理

发电机启停机保护的输入电压取自机端1YH开口三角形绕组的零序电压，采用专用的测量回路，其工作频率范围为5～55Hz，误差不大于±5%。该保护只作为发电机启停机过程中的辅助保护，它由断路器辅助接点控制，待发电机并网后可自动退出运行。

动作条件：3U0＞3U0g，断路器节点开。3U0为机端电压互感器开口三角或中性点电压互感器电压，3U0g为动作电压整定值（取10V，延时0.5 s跳灭磁开关）。

3.3 故障分析

从故障录波图可得，零序电压大于10 V后约0.5 s双套发变组保护启停机均动作，动作电压12.3 V，同发变组保护报文一致，由此判断发变组保护正确动作。

从故障录波图波形分析，机端三相及零序电压自起始开始波形无畸变，A相电压为10.6V，略小于B相电压11.3V和C相电压1.3 V，机端开口三角形零序电压与中性点接点变压器电压均为10.3 V，发电机中性点CT电流0.2A（正常运行零漂约0.04 A）。A，B相相位差约60°，零序电压相位介于A，B相之间，如图3所示。满足不接地系统单相接地时故障相电压降低、非故障相电压上升至线电压的情况，初步判断发电机定子经过渡电阻稳态接地。

图3 机端电压向量

3.4 故障检查

将发变组PT、避雷器与封闭母线隔离后，测试发变组、封闭母线一次系统绝缘，绝缘电阻值15 s为4700MΩ，60 s呈无穷大，因此排除发变组及封闭母线接地故障。于是怀疑PT二次回路存在相对地短路，随即将3组PT二次输出回路接地点打开进行绝缘检查，发现3组PT二次输出回路绝缘均大于200 MΩ，满足要求。

由于无法查找到接地点，因此退出发变组“启停机”保护，对发电机手动升压至8 kV，在线检查PT回路。分别测量PT二次侧电压，结果见表1。

表1 手动升压后PT二次输出电压 V

在对三相PT一次侧升压过程中，除C相2YH电压升至2 kV后无法升高，其他PT均可正常升至20 kV，且PT二次侧测量电压为 100V。为排除二次设备负荷对PT的影响，将2YH的C相二次线解列，此时电压可正常升至20 kV，由此排除PT故障，重点对2YH的C相二次回路检查，最终发现C相有2个线圈2a，2n在二次引出线端子处端子开裂导致短路，更换二次线端子，再次接入PT二次线，对PT一次升压，可正常升至20 kV。

3.5 故障原理分析

因发电机定子为非直接接地系统，因此当发电机定子某相发生接地故障后，健全相电压将升高，升高程度与接地阻抗有关；只有机端发生单相金属性接地故障时，健全相电压才升高为相电压的倍，如图4所示（以A相发生接地故障为例）。

图4 非接地系统单相接地时三相电压示意

当Rf＝0～∞时，U0＝-EA～0，设K0＝U0／Eph，当0≤K0≤1时，发电机三相对地电压分别为

式中：Rf为接触电阻；U0为零序电压；EA，EB，EC为A相、B相、C相电压；Eph为相额定电压；ω为角速度；Cg为相对地电容；UAd，UBd，UCd为故障后A相、B相、C相对地电压。

（1）当Rf＝∞，没有发生接地故障时，发电机中性点O即为地电位（如图4所示），3U0为发电机正常运行情况下的基波零序电压值，接近0。

（2）当Rf＝0时，A相发生金属性接地故障，地电位即为A相机端电压，此时3U0＝EA。

（3）当0＜Rf＜∞时，地电位d位于以AO为直径的半圆上，Rf减小，3U0即d点沿圆弧逆时针旋转；Rf增大，3U0即d点沿圆弧顺时针旋转。

根据以上分析发现，此次故障录波图中发电机定子电压幅值、相位均与定子单相接地的电压幅值相位一致，且短路点在PT二次引出线端子处，无法单独通过绝缘检查查找接地点，因此，无法区分是一次设备真实接地还是二次回路存在短路。

4 发电机定子与PT二次回路短路故障辨识

故障发生后，故障快速分析定位对故障的消除和运行恢复起着重要作用。大型发电机系统均设计为小电流接地系统，当前采用的接地方式多为发电机中性点经接地变压器的高阻接地。作为一起典型的PT二次回路短路导致发电机定子经PT接地的事故，单从录波波形及发变组保护动作报告无法分辨出是一次系统真实接地还是二次回路短路导致的电压不平衡，而此次故障分析对同类故障的分析有一定帮助。

5 结论

（1）发电机机端电压互感器二次回路短路故障，在故障形式上等同于定子绕组经过渡电阻接地的故障，故障将引起发电机定子绕组的三相电压不平衡，从而导致3U0构成的启停机保护动作，属正确动作。

（2）通过故障波形对电压幅值相位的判别分析，能判断出故障相，对于故障定位分析有一定作用。

（3）从第2次升压结果看出各相、各组PT二次值有差别，2YH的C相电压比1YH的低，且2c，2n为零。若一次设备真实接地，PT二次侧电压应该基本一致，据此可以简单判别非一次设备真实接地，且故障点可能为2YH的C相。

（4）对于PT二次回路短路导致的“定子接地”又作用于PT二次电压表现出的定子接地现象，单纯对二次回路绝缘检查无法查出接地点，应该对二次回路中的相线和地线分别解开后逐一进行检查。

［1］贺家里.电力系统继电保护原理［M］.4版.北京：中国电力出版社，2010.

［2］张兵海.TV故障引起的发电机定子接地保护动作分析［J］.河北电力技术，2011（4）：5-7.

［3］李娟，林锋.一起PT二次短路引起的故障分析［J］.水利科技，2010（4）：69-70.

（本文责编：白银雷）

TM 451

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1674-1951（2015）07-0040-03

杨奇（1988—），男，山西长治人，助理工程师，从事电力系统继电保护与励磁调试方面的工作（E-mail：it_is_written＠163.com）。

2014-11-18；

2015-06-08