发电机机端电压互感器匝间短路导致定子接地保护动作分析与处理

发电机机端电压互感器匝间短路导致定子接地保护动作分析与处理

马银龙,支瑞君

中电建甘肃能源华亭发电有限责任公司 甘肃华亭 744100

摘要：近两年来，xxx燃煤电站发生了多起发电机机端电压互感器绕组匝间短路导致定子接地保护动作的事故。本文通过分析定子接地保护动作的原因，结合现场事故处理的过程，推倒了PT绕组匝间短路时，定子对地电压的变化，并通过录波图验证了推倒分析的正确性，为故障排查和以后的事故处理提供了依据。同时结合事故处理过程及对事故发生的原因分析，提出了一些建议。

关键词：发电机电压互感器匝间短路基波零序+三次谐波构成的100%定子接地保护

引言

大型汽轮发电机定子结构复杂，维修困难。发电机内部故障中，定子单相接地故障比例较高，约占定子故障的７０％～８０％。一旦定子发生单相接地故障，若保护动作不及时可靠，接地弧光过电压可能导致发电机其他位置绝缘破坏，严重时还会演变成相间或匝间短路故障。而发电机出口PT做为重要的保护和测量元件，发生故障时，会导致电压相关的保护误动或者拒动，严重威胁机组安全运行。近两年来，xxx燃煤电站发生了多起机端PT故障导致定子接地保护动作的事故，本文通过分析近几起PT绕组匝间短路引起定子接地保护动作的案例，对故障排查过程和检查方法进行了详细介绍，同时建立PT匝间短路时的等效电路，分析机端PT绕组匝间短路时的电气特征，为快速排查故障提供参考。

1定子接地保护动作时故障处理过程及分析判断

下面以2019年07月16日，1号发电机1PTY相故障时的处理过程为例介绍处理过程。

（1）保护动作机组跳闸后，检查发电机、发电机出口PT柜、封闭母线、11kVA/B段、主变、高厂变、发变组保护柜、发电机出口端子箱、发电机中性点接地柜、发电机机端PT端子箱等电气设备外观及二次接线均无异常。

（2）发电机出口PT熔断器检查，无异常。

（3）发电机出口PT至发电机中性点电缆进线绝缘电阻及交流耐压试验，试验数据合格无异常。

（4）中性点零序电压采样电缆进行绝缘测量，无异常。

（5）核算发电机定子零序电压保护定值正确，定值设置检查正确。

（6）发电机出口避雷器进行绝缘电阻、0.75U1mA下的泄漏电流测试中发现，发电机出口PT柜内Y相避雷器0.75U1mA下的泄漏电流88μA，不符合DL-T596-1996《电力设备预防性试验规程》中0.75U1mA下的泄漏电流不应大于50μA要求。初步判断由于避雷器氧化锌电阻性能下降，导致泄露电流增大，暂时隔离避雷器。

（7）进行发电机零起升压试验：

手动缓慢升压至5.5kV，发现发电机定子零序电压随着发电机机端电压上升而增大，机端1PT二次采样值为R相电压17.91V、Y相电压13.76V、B相电压15.83V，2PT二次采样值为R相电压17.66V、Y相电压14.38V、B相电压15.96V，三相不平衡；3PTR相电压15.74V、Y相电压15.76V、B相电压15.71V，三相平衡。判断1PT和2PT的Y相其中一个故障，拉出1PT的Y相电压互感器后，2PT电压恢复正常值。此时判断1PT的Y相电压互感器故障，检查该PT外观完好，本体过热，测量温度为44℃。

（8）重新对故障PT进行相关试验，绝缘、一次绕组直流电阻合格，进行PT励磁特性试验时，电压0.5V时电流值达1A，判断该电压互感器绕组存在匝间短路。

显然，发电机机端PT一次绕组发生匝间短路时，PT的线电压不变。需要注意的时，机端PT一次绕组匝间短路时，由于故障相已不能准确传变，利用相电压计算的线电压可能存在一定的误差，三个线电压可能略有偏差，但变化不会太明显。

1、2号发电机容量为660MW，功率因数为0.8,一次额定电压为22kV，一次额定电流为21650A，机端有3组PT，型号为JDZJ8-22，机端PT的变比，准确级均为0.2/3P/3P，发电机中性点接地变电压变比为22kV/230V。

基波零序电压定子接地保护取发电机中性点零序电压，零序电压定值为5.77V，零序电压保护延时为1.0s。

发电机机端和中性点零序电压的基波幅值均超过了9.8V，超过基波零序电压定值，因此，基波零序电压保护按整定的1s的延时动作。

故障时PT2的三相电压之间没有发生明显的不对称，故障相R相电压最低，约为58V，比正常时有所降低，超前相B相电压最高，约为70.1V，比正常时有所升高，滞后相Y相电压约为62.9V，比正常时略微降低，其大小介于A、B相电压之间，与前面的分析一致。

故障时PT2的三相电压之间没有发生明显的不对称，故障相R相电压最低，约为58.4V，比正常时有所降低，超前相B电压最高，约为70.1V，比正常时有所升高，滞后相Y相电压约为62.9V，比正常时略微降低，其大小介于A、B相电压之间，与前面的分析一致。

故障时PT1的三相电压之间没有发生明显的不对称，故障相Y相电压最低，约为56V，比正常时有所降低，超前相R电压最高，约为71.1V，比正常时有所升高，滞后相B相电压约为62.5V，比正常时略微降低，其大小介于A、B相电压之间，与前面的分析一致。

事故案例证明了本文理论分析的正确性。此外，几次机端PT绕组短路录波数据也表明，机端PT绕组匝间短路时，相关电气特征也与以上分析完全吻合。

结语:

汽轮发电机定子接地保护范围较大，包含发电机定子、出口PT、出口避雷器、封闭母线、中性点柜设备等，保护动作跳闸后故障部位不明显时，检查分析处理困难，通过对几次事件分析与处理的研究总结，得出几点经验：

（1）机端和中性点均会出现对地零序电压，可能导致基波零序电压定子接地保护动作，电压最低相（比正常时有所降低）为故障相，故障相上一相电压最高，故障相下一相电压大小取决于匝间短路的匝数。

（2）根据录波分析确定的故障相，重点对故障相一次设备进行外观检查，是否存在明显过热变色等现象。

（3）发电机出口PT故障时，PT本体温度升高，及时检查故障相PT并测温，与其他正常PT对比，温度高出约10℃时可基本判断该PT存在故障。

（4）对温度偏高的故障相PT进行预防性试验验证，常规试验项目绝缘电阻、直流电阻、励磁特性试验合格时，进行倍频感应耐压和局部放电试验进一步确认。

（5）若故障相PT试验确认无故障时，需对发电机定子、封闭母线、避雷器、中性点柜设备等逐一进行试验确认。

（6）以上试验均无法判断故障设备时，进行发变组零起升压试验，手动控制缓慢升压至5%Ue时，检查发电机机端电压、机端零序电压、中性点零序电压等参数，根据电压波动和不平衡情况进一步检查处理。

结合本次事故检查和处理经验，针对PT故障引起发电机定子零序电压保护动作跳机，建议同类型发电机组进行如下防范措施：

（1）加强设备选型、设计、施工、调试、验收全过程管理，优先选用成熟厂家产品。

（2）严格按预防性试验规程对发电机出口PT进行试验，尤其是倍频感应耐压和局部放电试验。

（3）准备充足的备品备件，在备品采购环节严格把关，选用质量较好的产品。

（4）加强发变组电气设备的巡检和定期工作，发现异常及时分析处理。