一次发变组机端PT 击穿导致停机的典型事故分析

刘先科，段 鹏，张敬革，夏海云

（中国长江电力股份有限公司三峡水力发电厂，湖北 宜昌 443133）

0 引言

发电机组事故暂态过程短，变化速度快，对于人员和设备威胁大。事故发生后，运行值班人员需迅速做出正确分析，果断处理，否则可能造成更大的经济损失。

1 设备的基本情况

某大型水电站单机装机容量700 MW，发电机机端电压20 kV，主变压器升压至500 kV，经GIS 线路接入电力系统。

每一个发变组单元配置两套完整的电气量保护。发电机定子接地保护作为发电机定子单相接地故障保护，由基波零序电压部分和三次谐波电压两部分组成，保护范围包括发电机定子线圈，电压互感器、电流互感谢器、电缆、母线、开关刀闸、互感器一次侧、刀闸断路器、发电母线及电压互感器一次侧、变压器低压侧（发电机电压侧）、厂变高压侧等。

2 事故发生时的现象

图1 定子接地保护配置原理图

事故发生时，监控系统突报“**F：A 套发电机保护定子接地保护动作”、“**F：B 套发电机保护定子接地保护动作”、“**F：A 套发电机保护停机总出口动作”、“**F：B 套发电机保护停机总出口动作”、“**F：电气事故停机”、“**F：励磁系统欠励限制动作”、“**F：励磁系统V/F 限制动作”、“84**开关三相跳闸”等信号，**F 机组跳闸，紧急停机流程启动。

3 检查和分析过程

运行监屏人员发现该机组跳闸，立即汇报当班值班主任。

运行值班主任立即组织事故处理，并令值班员现场检查确认故障情况。

运行值班员现场检查确认，该发电机保护A、B盘零序电压定子接地保护动作，机组跳闸出口，注入式定子接地保护有告警信号。

3.1 保护装置动作情况

运行值班员现场查看保护装置，发现A、B 两套零序电压定子接地保护均动作。

图2 保护装置动作事件

随后，值班员现场检查了A、B 套保护装置接地电阻，接地电阻一次值仅1.8 kΩ。

而机组在正常运行过程中，接地电阻值应在655 kΩ，故该项数据明显异常，定子接地保护动作符合逻辑。

3.2 故障录波情况

故障录波显示，故障发生时机端三相电流相序和幅值未明显异常，而机端开口三角有零序电压且不断增大。

从数据分析可知，故障发生时机端零序电压达到10 V，经0.5 s，发电机A、B 套保护动作出口，与基波零序电压定子接地保护整定值符合，保护整定值为10 V、延时0.5 s。

此外，中性点零序有零序电压且与机端开口三角基本一致，机端A 相电压60 V 左右，机端B 相电压降至51 V 左右，C 相电压降至53 V 左右。

3.3 事故的分析和判断

结合监控信号、现场情况、保护信号故障录波以及定子接地保护逻辑，当班值班主任综合分析得出初步结论：机组两套发电机保护装置采样及动作行为一致，机端PT 自产零序、机端开口三角零序、中性点零序电压均基本一致，故排除保护及录波用PT二次回路问题，判定为电气一次侧存在接地故障。

图4 定子接地保护动作逻辑

3.4 发变组电气一次设备检查情况

基于该机组电气一次侧存在接地故障的分析判断，电厂组织运行人员、维护人员重点对机组发电机、励磁变、机端PT、CT 等电气一次设备进行了排查，发现发电机机端B 相PT4 一次侧出现击穿，导致机端B 相接地，确认了故障点，与分析判断相符。经现场解体检查，故障的PT 电压互感器发现其内部存在短路。故障PT 如图5。

图5 故障PT 外观

4 电厂的改进措施

该起事故中保护装置动作正确，电压互感器(PT)一次侧击穿，直接导致700 MW 机组事故停机，造成了直接后果。

现场解体检查故障发现电压互感器发现其内部存在短路情况，但是电压互感器短路发展过程及机理不明确，常规的定期试验项目未能提前发现故障苗头。

电厂联系有关科研单位、国内互感器制造厂家（故障互感器原产地为意大利）对故障现象及发展过程进行综合分析，最终明确了互感器故障原因。

电厂结合同类设备的出厂批次及运行情况，对历年检修试验情况进行了梳理和分析，以确认该型电压互感器是否存在家族性缺陷。

对电压互感器定期试验项目进行了分析研究，部分定期试验项目（感应耐压试验）为破坏性试验，电厂组织力量深入研究国际、国内及行业标准，结合当前设备制造工艺水平、检修试验手段，进一步分析相关试验的项目和周期，修订电压互感器预防性试验规程。

作为举一反三整改措施的一部分，电厂组织相关部门，清理了设备备品备件库存情况，确保备品备件数量。随后电厂启动了20 kV 电压互感器国产化替代研究。

表1 是更换PT 后的试验数据。

表1 更换后PT 试验数据

5 结语

电压互感器等较隐蔽的电气一次设备，常规的巡回检查、定期试验难以保证及时发现缺陷和隐患。

从运行人员的角度来说，单一的定子接地保护动作跳闸故障，处理和判断均属常规，而监控系统、保护装置和故障录波提供的数据和信息，对故障的判断有着重要的支持作用。故障初期，运行人员的紧急排查无安全措施，需严防触电风险。后续的电气一次设备检查，应在有安全措施尤其接地措施完好的情况下进行，在狭窄或高处检查时，应尤其注意人身安全。运行人员应有应急处置能力，故障录波系统的使用和波形分析能力。