一起汽轮发电机定子100%接地报警的分析与处理

魏明勇

（厦门华夏国际电力发展有限公司，福建 厦门 361026）

0 引 言

大型汽轮发电机定子绕组发生单相接地故障是发电机的常见故障之一，占发电机定子绕组故障的70%～80%。大型汽轮发电机定子对地电容较大，当发生发电机定子绕组接地故障时，故障点的电容电流一般都较大，会影响汽轮发电机机组的安全稳定运行，严重时甚至会造成发电机定子铁芯烧损。同时，定子绕组接地故障还可能引起接地弧光过电压，导致定子绕组故障点周围其他位置绝缘继续被破坏，形成严重的汽轮发电机定子绕组相间或匝间短路故障。对于大型机组，单相接地电容电流小于1.0 A为安全电流。在安全电流下，定子接地保护只发信号而不跳闸，但应及时检查处理，防止发展为严重的定子绕组故障而造成汽轮发电机定子铁芯烧损。

1 概 况

厦门华夏国际电力发展有限公司是运营4×300 MW机组的大型发电公司。公司4台机组发变组根据要求进行双重保护配置，其中2套保护均采用南瑞RCS985B保护装置，分别为发变组保护A柜和发变组保护B柜。RCS985B保护装置配置的发电机定子绕组接地保护主要由基波零序电压定子接地保护、三次谐波电压比率定子接地保护以及三次谐波电压差动定子接地保护3部分构成。机端三次谐波电压取自发电机机端侧开口三角零序电压，中性点侧三次谐波电压取自中性点TV，其中#3发变组保护A柜机端三次谐波电压取自发电机出口第一组电压互感器TV1的开口三角零序电压，#3发变组保护B柜的机端三次谐波电压取自发电机出口第二组电压互感器TV2的开口三角零序电压。三次谐波保护动作方程为：

式中，U3T为机端三次谐波电压值；U3N为中性点三次谐波电压值；K3WZD为三次谐波电压比值整定值。三次谐波电压比率定子接地保护动作于信号。三次谐波电压差动动作方程为：

式中，为机端三次谐波电压向量；为中性点三次谐波电压向量；为实时调整系数向量；kre为三次谐波差动比率定值。在机组并网后且机组实际检测到的负荷电流大于0.2倍发电机额定电流时，发电机定子接地保护三次谐波电压差动保护自动投入运行，三次谐波电压差动判据动作于信号。

2 故障现象经过及故障现象分析

2018年1月10日22:06，#3机组在运行中电气软光字牌报“发变组保护装置报警”“发电机定子接地报警”，同时#3机组后备手动操作屏上出现“机组异常”光字牌报警。

检查#3发变组保护装置，发现#3发变组保护A、B柜均报三次谐波电压差动信号报警。检查#3机组发变组保护A柜电压采样值，机端电压为A相55.54 V、B相55.63 V、C相55.68 V，机端零序电压0.6 V，三次谐波电压为1.23 V，中性点三次谐波电压为2.41 V，差压为1.60 V。检查#3机组发变组保护B柜电压采样值，机端电压为A相55.53 V、B相55.61 V、C相55.67 V，机端零序电压0.60 V，三次谐波电压为1.23 V，中性点三次谐波电压为2.41 V，差压为1.60 V。采样值满足定子接地保护三次谐波电压差动判据，两套保护装置同时动作于报警信号。

检查#3机组故障录波装置实时采集数据，#3机组机端电压A相55.56 V、B相55.65 V、C相55.70 V，机端零序电压0.60 V，机端自产零序三次谐波为0.05 V，机端三次谐波电压为1.24 V，与两套发变组保护装置采集数据基本相符。调取#3发变组故障录波装置故障时刻数据和故障录波装置故障前数据，分别如图1和图2所示。

根据#3发变组保护A、B柜及#3机故障录波装置的采集数据分析，#3发变组保护装置发出定子接地保护报警前后，两套保护装置采集到的机端电压三相基本维持平衡，且两套保护的零序电压都很小，基本排除了#3发电机发生定子绕组单相接地故障的可能性。考虑到发变组保护A、B柜同时动作，排除了保护装置采集及数模转换故障的可能，将故障初步定位在三次谐波电压外部接线上。进一步检查#3机发电机出口PT柜，发现#3发变组A、B柜三次谐波电压均取自#3发电机第一组电压互感器的开口零序电压，现场实测#3发电机第一组电压互感器三相电压平衡且数据稳定，开口零序电压在0.5～0.6 V轻微跳动。

图1 #3发变组故障录波装置故障时刻数据图

图2 #3机组故障录波装置故障前数据图

3 故障处理及防范措施

根据#3发变组保护装置报警信号及相关电气参数，对照#3机组故障录波数据，确认#3发电机定子绕组对地绝缘正常，确定#3发电机定子100%接地报警原因为#3发电机第一组电压互感器开口三角电压及其回路问题。现场对#3发电机出口PT柜进行紧固处理，#3发变组保护装置告警消失，再次检查#3发变组保护A、B柜采集数据，发现#3发电机各电气数据已全部恢复正常。

#3发变组保护三次谐波电压差动信号报警后，工作人员通过数据分析判断，成功处理一起汽轮发电机定子100%接地报警事件，避免了由此引发的非计划停运事件。但是，由于#3机组在运行状态，无法彻查故障原因，因此制定了以下后续防范措施。第一，加强#3发变组各电气模拟量观察，做好数据记录及跟踪。第二，结合#3机组检修，将#3发变组保护A、B柜的三次谐波电压分开，分别取自#3发电机机端第一组、第二组PT开口三角电压。第三，结合#3机组检修，彻底检查#3机发电机出口PT开口三角绕组情况。第四，先观察数据，若有异常再进行分析处理。

4 结 论

此次华夏电力公司发变组定子接地保护报警处理过程突出了保护人员现场分析处理能力，纠正了一起基建接线错误，排除了误判为发电机定子绕组单相接地故障的可能性，避免了一次机组非计划停运。可见，在事件处理中一定要注重数据分析，不能凭经验而放任故障发展，也不能盲目扩大事件范围，造成不必要的损失。