发电机定子接地案例分析及预防

发电机定子接地案例分析及预防

张海鹏

江苏射阳港发电有限责任公司江苏盐城224345

摘要：本文介绍了发电机定子接地的原因、南瑞RCS985A定子接地保护的原理、并针对三起典型定子接地保护案例进行分析，最后阐述了发电机定子接地的预防和在发电机发生定子绕组接地故障后运行人员应采取的处理步骤。

关健词：发电机；定子接地；案例分析；预防

一、发电机定子接地保护的原理

目前100%保护区的定子接地保护装置有两类：一类是利用发电机本身固有的电势在定子接地故障时所产生的相应的电流或电压作为保护的动作参量，另一类是外加电源方式的定子接地保护，其应用的原理是发电机正常运行时，三相定子绕组对地绝缘，发生单相接地故障时，定子绕组对地绝缘被破坏，发电机定子回路与大地之间外加一个信号电源，正常运行不产生电流，在发生接地故障后，外加信号电源产生相应的接地电流，使保护动作。

100%定子绕组接地保护的三次谐波部分是利用机端三次谐波电压作为动作量，利用发电机中性点三次谐波电压作为制动量，构成定子绕组中性点侧约50%保护区的单相接地保护。在正常情况下，基波零序电压很小，接近于零。这时主要是发电机固有三次谐波电压起作用，而中性点的三次谐波电压大于机端三次谐波电压，因保护装置的制动量大于动作量，保护不会误动；100%定子绕组接地保护的的基波零序电压部分利用定子接地时产生的基波零序电压作为动作量，构成定子绕组机端侧约90%保护区的单相接地保护，从而消除了定子接地保护的死区，使保护装置具有100%的动作区。

注入式定子接地保护是由RCS-985U低频注入电源和RCS-985保护装置两部分共同实现。其中，RCS-985U定子接地保护辅助电源装置提供外加低频电源，将低频电压电流信号注入到发电机定子绕组中。RCS-985发电机保护装置检测注入的低频电压、电流信号，当发电机定子绕组发生接地故障，注入的电压、电流信号随之发生变化，RCS-985可准确计算出接地故障电阻的阻值，完成注入式定子接地保护。

二、定子接地保护案例分析

2.1发电机定冷水电导率过大导致机组跳闸

2012年某日12:57:19，某厂5号机发变组保护A套“发电机定子接地基波零序电压保护”动作，发变组保护B套外加电源式定子接地保护动作，发电机出口断路器跳闸、灭磁开关跳闸、主汽门关闭，厂用电快切切换成功。停机后，立即对保护装置检查，发现发变组A套基波零序电压保护动作两次；发变组B套外加电源式定子接地保护启动一次，动作一次，2012年1月4日12：56:59故障时发变组A套保护第一次动作，保护A柜中发电机中性点零序电压为8.11V，机端零序电压为8.26V；根据定值整定,保护动作条件为中性点零序电压>7.8V，且机端零序电压闭锁>7.8V；保护动作时间约500ms。保护A柜出口继电器动作，发电机出口断路器跳闸。保护B柜中外加电源式定子接地保护接地电阻小于整定值8000欧姆，大于整定值3000欧姆，保护被启动，发报警信号，B套保护没有动作出口。

这时发电机定子接地故障没有消失，在12:57:01:600时发变组A套基波零序电压保护再次动作，保护A柜中发电机中性点零序电压为8.06V，机端零序电压为8.0V。发变组B套保护外加电源定子接地保护动作，保护B柜发电机中性点零序电压为9.71V，机端零序电压为10.89V，定子注入低频电压为0.548V，定子注入低频电流为3.63mA,接地电阻为2774欧姆（二次电阻150.8欧姆），根据定值整定,保护动作条件为接地电阻<3000欧姆，达到保护动作条件，发变组B套保护动作出口。

由于A、B套保护相互独立，工作原理不同，且保护采用的电压，电流量取自不同的互感器，再由故障信息及录波图分析，A相电压54.14V低于B相58.48V、C相61.63C，基本符合A相接地故障的电气特征（故障相电压降低，非故障相电压升高）；且零序电压幅值比较小（不到15V），因此，可推测发电机A相经过渡电阻接地。机组停运对一次、二次回路进行详细检查均未发现问题。后经检查发电机定冷水电导率由0.11uS/cm升高至9.99uS/cm，导致发电机各相绕组绝缘下降，产生零序电压，造成定子接地保护动作，发电机跳闸。

2.2发电机出口封闭母线放电机组跳闸事件：

某厂某机组控制室发“主变差动速断”“发变组差动速断”跳闸信号，发电机停运，调看故障录波器录波数据，故障前发电机机端电压正常，电流为7700A，故障时发电机A、C相电压到零，A、C相电流突增加至69000A，判断为A、C相分别对封闭母线外壳放电。检查发电机变压器组，发现发电机出口离相封闭母线有异常现象：A相封闭母线在距离主变低压侧1米左右出的顶部有放电痕迹，C相封闭母线在主变垂直方向水平拐角处顶部有放电痕迹。在对封闭母线的检查中，发现A相封闭母线在距离主变低压侧1米开始，有一段不均匀喷射状铝点，应当是导体放电痕迹；C相封闭母线正对顶部拐角处有一个大约直径5厘米大的小洞，应当是尖端放电造成。

图2C相封闭母线正对顶部拐角处有一个大约直径5厘米大的小洞

原因分析：7月份多与季节，空气湿度较大，该发电机微正压装置罗茨风机电机烧毁，该装置故障后停运二十天，封闭母线内湿度为93%，该装置从发电机封闭母线端A、C相进气，从主变封母端B相回气到装置进行气体循环干燥，当微正压装置缺陷消除后投运装置时，由于封母内当时湿度较大，将原封母内较潮湿空气从装置端压缩集聚到主变端，造成主变端封母空气湿度过大，导致A、C两相封母电晕对外壳放电，是本次事故的直接原因。

2.3发电机出口PT故障：

2014年某日，某厂机组运行正常，18分20秒，集控室发“发变组保护动作”“发变组回路异常”光字牌报警，发变组第一套、第二套“定子接地保护”同时动作，发电机出口开关跳闸，主汽门关闭。保护动作时发电机三相电压出现不平衡，保护启动后第一个周波内二次有效值分别为A相电压54.39V，B相电压61.42V，C相电压54.96V，发电机机端零序电压7.76V，发电机中性点零序电压8.24V，发电机机端三次谐波电压2.79V，发

电机中性点三次谐波电压2.24V，三次谐波电压差值2.46V（持续80ms），发电机A相定子电流值为2.17A，B相定子电流值为2.22A，C相定子电流值为2.20A，发电机零序电流为0.1A。

从保护A柜、保护B柜录波及故障录波器数据显示：在故障启动瞬间，发电机A相、C相电压下降，B相电压上升，机端电压3U0上升明显，发电机三相电流无明显变化，中性点电流3I0上升。保护启动后发电机机端侧和中性点侧零序电压最高点上升至18.5V，其有效值均上升并稳定在13V。

理论分析高阻接地，会造成中性点电压偏移，此时虽单相接地，但表现为两相电压降，一相电压升高。检查测量发电机出口电压互感器发现：C相1、3YH有闪络放电现象，可以判断C相PT出现非金属性接地造成C相绝缘下降，由于C相发生非金属性接地，造成发电机中性点偏移，B相电压上升，A相、C相电压下降并产生零序电流上升，基波零序电压上升达到保护值后定子接地保护动作。

三、定子接地的预防

在电厂电气专业的实际管理中，防止发电机定子接地主要从运行、检修两个方面考虑：

3.1运行管理方面

3.1.1运行中加强定冷水水质的监视，防止定冷水中有杂质，堵塞在发电机定子冷却水管内导致局部过热。在DCS画面中监视定冷水主回路及离子交换器出口电导率数值，定期校对就地数值，出现偏差及时处理。加强对定冷水水质进行化验工作，发现异常，及时采取措施。

3.1.2加强定冷水系统的巡回检查工作，若发现定子冷却器漏泄应及时切换至备用冷却器运行，及时处理，加强补水

3.1.3加强封闭母线的巡查，机组运行时投入封母微正压装置，检查智能压力控制器控制进风压力在1KPa-2.5KPa之间。

3.1.4运行中保证发电机内氢气压力在0.37-0.42MPa之间，氢气压力大于定冷水压力。

3.1.5机组检修后投入运行前，操作发电机出口电压互感器时，应检查高压熔丝完好，一次插头接触良好，定位销固定良好，低压小开关合闸良好。

3.1.6机组停运检修应及时投入发电机热风保养装置。

3.2检修方面：

3.2.1定期进行预防性试验，包括发电机本体、发电机出口电压互感器以及发电机出口避雷器，认真分析对比试验数据中存在的差异，不要放过任何异常。

3.2.2空气湿度大时，检查封闭母线内的湿度以及封母的除湿装置。

3.2.3注意检修质量的把控，重点是发电机定子端部的检查、槽锲检查、定冷水汇水管检查、封闭母线内部清理、包括支持瓷瓶清理及各绝缘件清理。

四、结语

通过对发电机定子接地保护分析让我们认识到了发电机单相接地故障产生的原因及危害，为了机组的安全运行，我们要重视日常巡视、重视各保护动作情况，阻止小故障扩大为大事故。

参考文献：

[1]王伟.发电机定子接地故障原因分析及处理措施[J].内蒙古电力技术,2016,34(2):88-90.

[2]贾鹏.发电机定子接地故障排查[J].科技与创新,2015(9):144-144.