熔断器熔断引起定子接地保护动作浅析及处理

孙建舒

（中广核洪雅高凤山水力发电有限公司，四川 眉山620360）

0 引言

为了安全，发电机外壳都是接地的，因此，发电机的定子某相绕组绝缘损坏时发生的对外壳短路就是单相接地。发电机定子绕组单相接地，在发电机的各种故障中所占比例很大，发生的概率也较大，如不及时处理或处理不当将引发更大的设备损坏事故，造成很大的财产损失，因此发电机应配置相应的保护装置及时准确地判断定子一点接地故障并发出相应的报警信号，当保护动作时，现场运行维护人员应及时掌握发电机一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[1]。下面针对我公司一起机端母线测量用电压互感器（PT）一次熔断器熔断引起发电机定子一点接地保护动作情况和处理进行分析、总结。

1 电站基本情况

高凤山电站装机25MW×3，机端电压等级为10.5kV，发电机中性点采用不直接接地方式。1号机采用单元接线方式，2号、3号机采用扩大单元接线方式。其定子一点接地采用反应基波零序电压的接地保护装置，保护接入3U0电压，取自发电机机端母线测量用电压互感器PT开口三角形绕组两端。这种机端零序电压U0＞5V的定子接地保护简单可靠，但有死区，只能实现定子85%～95%的保护带，当发电机中性点附近发生故障时保护不能动作。这种保护主要应用于发电机变压器组接线方式，它的一个突出优点是即使在单相接地电流很小的情况下也可采用，但是由于在发电机中性点处存在位移电压，该保护不可避免的在中性点附近存在死区，且当经过过渡电阻接地时灵敏度不高[2]。

高凤山电站发电机定子绕组为中性点不接地系统，正常运行时，中性点电位为零电位，当有一相绕组接地时，接地点的电位变为零，从而使中性点电位升高（最高升至相电压），其他非接地两相绕组对地电压也升高（最高升至倍相电压）[3]。

2 发电机定子绕组单相接地的危害

发电机定子绕组发生单相接地故障时，非接地相对地电压的升高，将危及对地绝缘，当绝缘较弱时，可能造成非接地相相继发生接地故障，从而造成相间接地短路，损害发电机；另外，流过接地点的电流具有电弧性质，可能烧伤定子铁心。如果定子铁心烧伤，修复很困难[4]。定子绕组单相接地故障是发电机最常见的一种故障，而且往往是更为严重的绕组内部故障发生先兆。

3 定子一点接地故障过程及现象

3.1 故障发生前机组情况

1号机组年度大修工作结束，检修工期45d。按规程规定对1号机组进行检修后启动前的检查：各油、水、气系统检查正常；放空阀关闭严密；各保护系统及现地LCU系统正常；励磁系统正常；调速器系统正常；油压装置及制动系统正常；闸门系统正常；利用2500V绝缘摇表测量定子三相绕组对地绝缘分别为：A相对地22MΩ、B相对地230MΩ、C相对地230MΩ；各相相间绝缘（A对B相、B对C相、A对C相）均大于800MΩ；定子吸收比（60s时的绝缘电阻值与15s时的绝缘电阻值之比）为1.6。根据相关规范和高凤山电站运行规程规定：①绝缘电阻值低到历年正常值1/3以下时应查明原因；②各相绝缘电阻的差值不应大于最小值的100%；③定子回路绝缘值不得低于10MΩ；④定子吸收比大于1.3。A相绕组绝缘电阻低于检修前测量值1/3以下，且与其他两相绕组绝缘电阻值相差很大，应查明原因并处理。

3.2 绝缘降低原因分析及处理

引起发电机组定、转子绝缘降低有很多因素，一般有3种可能性：①绕组绝缘材料和加工工艺问题；②绝缘老化或意外机械损伤；③受潮引起[5]。

初步分析认为：参考检修前所测量的A相绕组绝缘值合格，检修过程中未对定子绕组进行拆解检修，所以排除第1种可能性。对机组部件的吊装过程中未对定子造成擦碰，定子外观检查未见明显擦伤，所以排除第2种可能性。考虑1号机属A级检修，检修工期较长，检修期间阴天天气较多，空气比较潮湿，定子冷态下长时间暴露在空气中容易受潮造成A相绕组对地绝缘降低。

处理办法：针对定子受潮引起绝缘降低的处理办法一般有：①短路干燥法；②热风干燥；（3）定子铁损及铜损干燥法[6]。由于来水量丰富，并根据我厂实际情况，采用了热风干燥法，具体措施为：①用低压空气对定子绕组缝隙进行吹扫，清除积尘；②开机空转，不给励磁电流，通过机组转动加快空气流动，把潮湿空气置换出来。同时关闭各轴承冷却水，通过摩擦产生的热量加快绕组绝缘恢复。通过以上措施空转运行24h后，重新测量定子绕组绝缘，所测数据为：A相对地300MΩ、B相对地500MΩ、C相对地500MΩ，同检修前所测数据接近，符合规范和运行规程规定。

3.3 定子一点接地故障过程

故障发生时的运行方式为：110kV线路、1号和2号主变、2号和3号机、1号和2号厂变运行、2号主变中性点接地投入、厂用电分断运行。

故障现象：根据《高凤山水电站电气运行规程》规定，完成1号机组大修后开机前检查试验项目，符合开机条件后手动开启机组至空转运行0.5h，再次检查无异常情况后零起升压操作，待机端电压升至2.5kV左右时，监控上位机报“1号发电机定子一点接地”、“1号机电气故障”信号；定子三相电压不平衡，监控显示A相电压为0，B相C相电压为额定值。35kV及110kV线路各相电压正常。

图1 电厂一次主接线图

4 接地原因分析及处理

4.1 接地故障检查

定子接地原因有多种：过电压，不平衡电流或通风故障引起过热，机械振动，绝缘受潮，母线电压互感器断线等[5]。故障发生后，当值运行人员立即操作停下1号机组并进行详细检查，根据检查情况并结合故障现象，判断为1号机端I段母线上测量用电压互感器一次侧A相快速熔断器熔断，造成电压互感器二次侧开口三角形3U0电压大于定子一点接地保护动作电压5V。具体检查分析如下：

（1）穿绝缘靴，戴绝缘手套巡视检查发电机一次连接系统（包括机端母线及其连接设备，如电压互感器、电流互感器、厂用变压器、励磁变压器、避雷器、一次电缆等），未发现有明显放电痕迹及断线、金属搭接等异常和接地点。

（2）穿绝缘靴，戴上防毒面具，带上手电筒进入发电机风洞内检查，未闻见烟雾、焦味异味，也未发现有放电痕迹及断线、金属搭接等异常和接地点。

（3）断开1号机组机端出口断路器01，拉开发电机机端出口隔离刀闸11及各支路刀闸，对定子充分放电后，再次用2500kV绝缘摇表测量1号机定子绕组绝缘电阻，测量数据为：A相对地350MΩ、B相对地500MΩ、C相对地550MΩ，符合规范和运行规程规定。

（4）用万用表测量保护屏后电压互感器二次侧各相电压：A相电压为0V，B相电压为5.1V，C相电压为5.1V；开口三角形电压为5.1V。进一步检查电压互感器二次侧快速熔断器，三相接触良好。用万用表测量其电阻值均合格。

（5）拉开电压互感器一次侧隔离刀闸，取下其二次侧熔断器，采取适当安全措施后取下一次侧高压熔断器进行检查，其中A相熔断器电阻无穷大，其余两相熔断器电阻值合格。

4.2 接地原因分析及处理

（1）经过上面检查内容前3项检查，可判定不是定子真实接地，即排除绕组绝缘降低、绝缘击穿、机端设备接地等原因引起定子接地保护动作。

（2）故障信号是在起励升压至2.5kV左右时发生，机组未并网运行，排除了因过电压、三相定子电流不平衡引起定子接地保护动作。

（3）机组启励前所测振摆数值未超规定值，运行过程中各轴承温度、风冷温度、定子线圈和定子铁心温度均正常，排除了通风冷却故障引起过热、机械振动等原因造成的故障。

（4）通过对机端测量用电压互感器一、二次侧熔断器进行检查，查出一次侧A相高压熔断器熔断，则二次侧A相失压，其余两相电压正常。与实际的定子绕组接地的区别是：接地相电压降低或为零，不接地相电压将升高，最高升至正常电压的倍。

（5）正常运行时，电压互感器开口三角形电压为三相电压的矢量叠加，其值为零或很小，一相接地时，开口三角形电压为3倍零序电压。而当一相熔断器熔断，或一相断线时，因系统无接地点，所以开口三角形并无零序电压，此时开口三角形电压为其余两相电压叠加，其值等于相电压且大于定子一点接地保护动作电压。

（6）根据以上分析和检查结果，对电压互感器一次侧A相高压熔断器进行更换，重新开启1号机组至额定转速，再缓慢零起升压至10.5kV额定电压，定子一点接地故障信号未报警。

5 经验教训

定子一点接地故障信号报警后，应根据故障现象进行全面分析判断，以便准确分析原因。本案例应在故障信号时通过上位机监控系统查看三相定子电压是否正常。当发生真实接地时，接地相电压降低或降为零，非接地相电压将升高或达倍相电压。而电压互感器一、二次熔断器熔断引起假接地信号时，熔断相电压为零，非熔断相电压为正常相电压，不会升高，这是与真实接地的根本区别。

通过此次故障暴露了电压互感器一、二次侧熔断器的安全隐患。通过进一步检查发现一次侧熔断器熔断由接触不良发热引起。检修时虽然已检查熔断器完好，但在安装时未注意检查上、下端头压紧弹簧是否压紧。所以每次检修后开机前应详细检查，用万用表测量，清除卡口处锈迹，必要时涂导电膏，并在安装一次熔断器上、下装头处用扎带扎紧。

6 防范措施

（1）制定三级检查验收制度，即完工后作业者的自检，作业组内检查验收，厂级竣工检查验收。

（2）制定规范的作业指导书和质量检查验收制度，规定详细的作业流程和质量检查验收内容，严格控制W点和H点的质量，防止了因检修质量差、检修内容不完善、检查不到位等原因引起的设备故障或事故发生。

（3）制定设备定期巡视检查制度和点检制度，根据不同设备规定不同的检查内容和检查频率，及时发现设备隐患和缺陷，及时汇报处理，防止进一步引发事故。

（4）制定设备定期切换制度，防止设备长期疲劳运行引发事故。

（5）针对缺陷易发设备和频发设备部位，重点进行巡视检查，并将检查结果记录在案，同时制定应急预案。

（6）运行监控人员合理分配各台机组负荷，尽量避开机组振动区运行，防止机组过负荷运行、进相运行。严密监视各运行参数变化情况，防止超额定值运行。机组温度变化大时注意冷却系统的检查，防止冷凝水引起接地。

（7）定期组织员工进行业务培训，提高运行维护人员业务技能，提高分析问题、解决问题的能力。

（8）制定各类事故应急预案并定期组织进行反事故演习活动，提高现场人员快速处理事故能力。

（9）加强防小动物触电管理，对易触及的带电设备采取防范措施，通过设置防护网、遮挡、防鼠板、进出随时关门、定期灭鼠灭蛇等措施，防止因小动物触电引起接地故障。

（10）检修时特别在大修过程中要做好定、转子的防潮、防尘、防擦碰措施。

7 结论

1号机组本次大修时间过长，定子绕组长时间暴露在潮湿环境中，且检修环境灰尘较大，吸附在绕组上的灰尘也易受潮从而加速定子绕组绝缘降低，甚至低于正常值引起定子一点接地或多点接地故障。通过对故障现象的分析并结合检查情况正确判断此次定子一点接地保护动作是因电压互感器一次熔断器熔断引起，并非真实的定子一点接地故障，从而缩短了故障检查处理时间。针对此次故障原因，在今后的检修中应做好设备的维护管理工作，安装过程应严格遵守相关规程，制定相应的作业指导书和检查验收制度，确保设备的检修质量，保障设备安全、健康运行。通过以上防范措施的制定和落实，在近两年的运行中未再发生类似故障，设备安全运行可靠性大大提高。