一起发电机出口TV故障引发机组跳闸的原因及动作情况分析

蒋建旭，王建伟

（华电潍坊发电有限公司，山东 潍坊 261204）

一起发电机出口TV故障引发机组跳闸的原因及动作情况分析

蒋建旭，王建伟

（华电潍坊发电有限公司，山东 潍坊 261204）

通过介绍某电厂一起发电机出口TV故障引发机组跳闸事故，对事故发生原因进行分析和判断，并提出相应防范措施。当发电机出现故障后，应根据现场保护动作及设备情况及时分析原因，准确判断出是一次设备还是二次设备造成，并快速消除设备隐患，保证机组安全稳定运行。

TV；定子接地；保护；措施

发电机定子接地故障是最常见的发电机故障。发电机定子接地后，接地电流经故障点、三相对地电容、三相定子绕组构成通路。当接地电流故障较大时，能在故障点引起电弧，造成设备烧伤，甚至扩大为发电机相间或匝间短路［1］。当电厂发电机出现定子零序电压保护动作时，现场运行及检修人员应及时掌握发电机一、二次设备及保护动作信息，并立即进行分析、判断和处理，确保机组安全稳定运行［2］。

1 事故经过

2014年7月3日，某电厂3号机670 MW机组扩大性小修后启动试运过程中，机组有功功率483 MW，无功功率183 Mvar，励磁系统5台整流柜并列运行，17：49机组跳闸，首出原因“发变组定子零序电压保护动作”，主变220 kV断路器203跳闸，灭磁断路器Q02跳闸，6 kV工作ⅢA、ⅢB、ⅢC段厂用电切换成功。

2 设备检查情况

事故发生后，电气人员在负责人现场指挥下，立即按照发电机一、二次设备进行检查。继电保护人员核对3号发电机系统参数和定子接地保护定值正确，并进行了保护补充校验，校验、传动试验正常，同时检查发电机定子接地二次回路也正常。高压、运行人员就地检查3号发电机TV柜后仓门鼓开，立即采取隔离措施进行设备检查。以下是发电机出口TV柜现场检查情况。

a.发电机出口TV柜后门、侧门鼓开，上部封闭母线连接处橡胶伸缩套裂开；2TV中性点至发电机中性点连接电缆断成3节。发电机出口TV柜事故后检查情况见图1。

图1 发电机出口TV柜事故后情况

b.2TV B相动触头烧蚀，2TV A、2TV B、2TV C相穿墙套管根部熔断，与柜体有放电拉弧现象，柜体背板局部烧穿，部分绝缘子局部破损。发电机出口TV柜2TV穿墙套管事故后情况见图2。

c.发电机中性点接地变压器上部电缆接线处烧断，对柜体有放电现象。2TV A、2TV B、2TV C、1TV A相一次保险脱落。发电机中性点接地变压器电缆事故后情况见图3。

图2 发电机出口TV柜2TV穿墙套管事故后情况

图3 发电机中性点接地变压器电缆事故后情况

除发电机TV柜检查外，电气高压试验人员还对发电机本体、机端、中性点及发电机封母、TA、避雷器及其附属设备外观进行了检查，没有发现明显异常。同时对发电机定子直阻、绝缘、耐压进行了测量试验。测量发电机定子绝缘、直阻合格、直流耐压试验合格，发变组系统（发电机、封闭母线、主变、励磁变、接地变）绝缘合格。

3 保护动作过程情况分析

为尽快找出设备故障原因，确认发电机能否及时恢复运行，继电保护人员在没有找出具体故障原因的情况下，通过调取3号机发变组保护柜A、B屏故障记录及3号机发变组录波器录波记录，3号机发变组录波器录波记录情况见图4，对此次机组跳闸保护动作情况进行了分析，查找故障原因。查阅3号机发变组保护A、B屏故障记录，发变组保护A、B屏报文均显示“定子接地保护动作”，“主变差动保护动作”。

从录波图上分析，可以得出如下结论。

图4 3号发变组录波器录波记录

a.0 ms发电机零序电压突变启动录波，发电机B相电压降至5 V（二次值）。A相、C相电压明显升高，这是典型的B相接地故障，而且从电压大小判断，B相是金属性接地故障，故障位置在机端。

b.经过224 ms（定子接地保护延时为0.2 s，10个周波）“发变组定子零序电压保护”动作，主变220 kV断路器203跳闸。灭磁Q02断路器跳闸，6 kV工作ⅢA、ⅢB、ⅢC段厂用电切换成功，发电机定子电流降至0。

c.经过390 ms发电机C、A相电压先后降至0，故障由B相接地发展为B、C两相接地短路。主变220 kV断路器203跳开后，紧接着经过7、8个周波，发电机出口电流突然出现了三相电流，发电机出口A、B、C相二次电流升至15 A，持续时间0.6 s（衰减至额定电流），最大故障电流约为4.25倍的额定电流（发电机二次额定电流为3.58 A，TA变比30 000／5，对应故障电流约90 kA），说明此时发展为A、B、C三相接地短路。短路故障位置在主变压器差动保护范围内，因此，变压器差动保护动作。

由于定子接地保护跳闸后，到短路故障前，持续时间太短，只有7、8个周波，相对秒级的衰减时间常数，这个过程太短，看不出发电机电压呈指数衰减。如果在定子接地保护跳闸后没有转换成短路故障，可以看到发电机电压逐渐衰减的过渡过程。三相稳态短路故障时，由于发电机电枢磁场是一个恒幅、同步旋转的圆形旋转磁场，转子绕组中不会感应电动势和电流，发电机电压降为0，此时发电机出口三相电流可以看到明显的非周期衰减的过渡过程。而此次事件在定子接地保护跳闸之后瞬间转换成短路故障，使得情况有很大差别。由于发电机励磁电流仍然存在，此时发电机电枢电流和电枢旋转磁动势的幅值随时间变化。从而使发电机定、转子绕组有类似于变压器的作用，这一幅值变化的发电机电枢磁场将在转子绕组中产生感应电动势和电流，此电流又会影响发电机定子绕组中的电流，这就是发电机出口电流突然出现三相电流的原因。

d.查阅“《GBT 7064—2008隐极同步发电机技术要求》容量在1 200 MVA以下的发电机允许的过电流时间和过电流倍数符合公式（I2－1）t＝37.5 s计算”，根据公式进行计算有37.5／（4.252－1）＝2.2 s。计算结果说明发电机在90 kA（4.25倍额定电流）的故障电流下可以连续运行2.2 s，大于本次故障电流实际持续的时间（0.6 s）。因此，这次事故的短路电流不算太大，对发电机定子绕组影响不大。

4 原因排查分析

结合现场设备检查情况及保护动作过程情况分析，排除了二次设备造成事故的因素，确定造成本次B相单相接地的因素是TV柜内一次设备造成，重新对TV柜内相关设备进行排查［3－4］。

a.TV柜内进水汽、凝露、封母漏水。经排查TV柜内无进水汽、凝露情况，打开封母检查封母内干燥无受潮、凝水迹象；排除因受潮引起绝缘降低导致接地的因素。

b.TV柜绝缘板和绝缘穿墙套管老化绝缘降低。故障后对绝缘板和绝缘穿墙套进行耐压试验，试验合格，排除绝缘板和绝缘穿墙套管老化绝缘降低引起接地的因素。

c.TV触头接触不良引起穿墙套管发热绝缘降低。检查全部TV一次保险完好，保险熔断电流0.5 A，接触电阻不会引起足够的发热量导致穿墙套管绝缘降低。

d.TV柜内异物引起绝缘距离不够，绝缘击穿。检查柜内、柜顶有照明、加热电源线，绝缘等级低，当绑扎松动或扎带老化断开掉落到裸露母线上时，必定引起短路接地，同时三相短路时因电弧污染引起2TV中性点至发电机中性点电缆与故障点短路，流过故障电流烧断电缆。由此判断这是造成本次B相单相接地的原因之一。

本次机组跳闸的原因为，机组运行中，TV柜B相柜内、柜顶照明加热电源线绑扎松动或扎带老化断开掉落到裸露母线上，造成TV柜后仓内B相发生接地故障，发电机B相电压降至5 V（二次值），发电机出口零序电压98 V（二次值），发电机中性点电压升至相电压50 V（二次值），达到发电机定子接地保护定值（零序电压高定值25 V，零序电压延时0.2 s），定子接地保护动作，保护出口跳闸。随后TV柜体内有放电拉弧现象，发展为B、C两相接地短路，进而发展为A、B、C三相接地短路，致使TV柜体背板局部烧穿，部分绝缘子局部破损。

5 防范措施

a.对TV柜后仓内铜排加装绝缘护套，柜体间加装隔板，并对绝缘板和支撑绝缘子涂刷RTV。

b.对TV柜内、柜顶照明、加热电源线存在绑扎不紧松动或扎带老化断开掉落到裸露母线上引起短路接地故障的危险因素，进行逐一排查并重新安全固定，可以采取加装接线盒的方法固定柜顶照明、加热电源线。

c.利用机组检修机会，将所有分级绝缘的TV更换为全绝缘型TV。并加强发电机TV的巡检和定期工作，定期测量发电机TV的温度、湿度等。

d.利用机组检修机会，对其它机组相同部位设备进行仔细检查和定期试验，同时加强电气人员和运行人员综合素质，提高设备故障时的处理能力［5］。

6 结束语

通过此次事故可知，一旦发电机发生故障，伴随设备保护故障报警和跳闸时，应及时打印保护动作、机组录波器报告并进行分析，迅速判断设备故障是一次设备还是二次设备造成。然后逐一对发电机相关设备进行检查，找到设备故障原因。同时结合此次事故，发现发电机出口TV柜存在影响机组安全稳定运行的设计缺陷和隐患，制定了相应的防范措施并掌握同类型机组故障的处理方法，对存在隐患的设备进行综合治理和消除，全面提高发电机安全运行水平。

［1］ 王宝林，王洪亮.励磁涌流引起励磁调节器输出异常分析及防范措施［J］.东北电力技术，2013，34（12）：24－26.［2］ 邵宝珠，宋 丹，王优胤.小电流接地系统单相接地故障选线方法［J］.东北电力技术，2010，31（8）：23－26.

［3］ 王秀霞，龚 涛，王学荣.20 Hz电源注入式定子接地保护装置原理及应用［J］.东北电力技术，2013，34（1）：44－45.

［4］ 李大鹏，张 画，李 腾.基于特征频带小波包分析的小电流接地故障选线研究［J］.东北电力技术，2012，33（7）：17－19.

［5］ 张小兵.一起发电机接地保护动作导致机组跳闸事故的分析和处理［J］.华电技术，2011，33（2）：37－38.

Analysis on Unit Trip Caused by Generator Outlet TV Fault

JIANG Jian⁃xu，WANG Jian⁃wei
（Huadian Weifang Generation Co.，Ltd.，Weifang，Shandong 261204，China）

A power plant generator outlet TV unit trip fault is introduced.Analysis and determinations for the fault is carried out and corresponding prevention measures are proposed.When there is something wrong with the generator，timely analysis should be made according to the on⁃site protection operation and equipment.It should be identified whether it is due to primary equipment or secondary equipment and quickly eliminate the hidden danger of the equipment，thus ensuring the safe and stable operation of the unit.

TV；Staor ground；Protection；Measure

TM31

A

1004－7913（2015）05－0032－04

蒋建旭（1985—），男，学士，助理工程师，从事电厂继电保护技术研究工作。

2015－01－21）