寧東2＃發(fā)電機定子接地排查及原因分析

劉宏軍

（國華電力公司寧東發(fā)電有限公司，寧夏回族自治區(qū)銀川市，750000）

1 發(fā)變組系統(tǒng)設(shè)備概況

發(fā)變組一次系統(tǒng)如圖1所示。其主要設(shè)備及參數(shù)見表1。

圖1 發(fā)變組一次系統(tǒng)示意圖

表1 發(fā)變組主要設(shè)備及參數(shù)

2 保護在事故當(dāng)天的動作情況及正確性確認(rèn)

2.1 事件經(jīng)過

2012年12月24日11時3分，寧東2＃機組跳閘，ETS系統(tǒng)首出為 “發(fā)電機A 屏遮斷”，鍋爐MFT、BT 保護聯(lián)鎖動作。

檢查發(fā)變組保護A／B 屏同時發(fā) “定子零序電壓”保護動作，查看發(fā)變組A／B 屏保護裝置動作報告 “定子零序電壓保護”啟動，0.5s后 “定子零序電壓保護動作”出口，并發(fā) “定子接地零序電壓”信號。

2.2 發(fā)電機定子接地保護的配置情況

發(fā)電機零序電壓定子接地保護靈敏段零序電壓定值為10V，時限為0.5s，發(fā)電機定子接地保護邏輯圖如圖2所示。

圖2 發(fā)電機定子接地保護邏輯圖

由邏輯圖2可以看出，定值取樣與閉鎖取樣來自不同位置的不同設(shè)備。當(dāng)中性點零序電壓Un0實際值為13.16 V 時達到啟動條件，發(fā)電機機端TV1開口三角測量電壓為11.05V，TV3開口三角測量電壓為11.08 V，分別越過閉鎖定值7.8 V（此定值為保護裝置根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)中機端和中性點TV 變比自動轉(zhuǎn)換），閉鎖解除，經(jīng)過延時0.5s發(fā)變組保護A／B柜均出口切機，認(rèn)定保護動作正確。在排查過程中，又對此保護回路進行了加壓模擬，回路正確無誤，進一步確認(rèn)為發(fā)變組一次系統(tǒng)出現(xiàn)接地故障。

3 一次系統(tǒng)的排查與分析

3.1 發(fā)電機絕緣測試

發(fā)電機解列并做好檢修措施后，進行發(fā)電機絕緣測試，結(jié)果見表2。

對表2中的數(shù)據(jù)進行初步分析可知，發(fā)變組一次系統(tǒng)絕緣是合格的，但與運行時的系統(tǒng)差異為：三組出口TV 退出系統(tǒng)、中性點接地設(shè)備退出系統(tǒng)。事故處理小組出于謹(jǐn)慎考慮，不放過疑點，防止設(shè)備損壞，決定對發(fā)電機出口引線、主變低壓側(cè)與封母引線、高壓廠高壓側(cè)引線、勵磁變引線進行拆解，逐一對發(fā)電機、主變、封母、勵磁變進行排查。

表2 發(fā)電機絕緣測試

3.2 發(fā)電機直流耐壓試驗

按預(yù)試DL／T 596-2005 《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》，由寧夏電科院進行了發(fā)電機直流耐壓試驗，試驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 發(fā)電機直流耐壓試驗數(shù)據(jù)

對發(fā)電機各相分別施加31.5kV 工頻交流，1 min順利通過。

排查結(jié)論：發(fā)電機主絕緣合格。

3.3 兆歐表電阻測量

使用2500V 兆歐表，對發(fā)電機中性點刀閘、接地變、中性點接地電阻、中性點與TV2中性點連續(xù)的電纜進行絕緣測試，測試結(jié)果均合格，無異常。

3.4 封閉母線的檢查

事故前微正壓運行正常，對進氣管處封閉母線絕緣子拆卸后，檢查此處無積水；對室外部分封封閉母線與主變低壓側(cè)和高廠變高壓側(cè)連接處的盆式絕緣子處進行檢查，內(nèi)部干爽，排除積水可能。

對發(fā)電機與主變低壓側(cè)間的封閉母線 （含高廠變高壓側(cè)）單相施加40kV 工頻交流進行耐壓試驗（欠壓試驗），順利通過。耐壓試驗數(shù)據(jù)見表4。

表4 耐壓試驗數(shù)據(jù)

排查結(jié)論：封閉母線絕緣合格。

3.5 勵磁變高低壓側(cè)絕緣測試

勵磁變進行高低壓側(cè)絕緣測試，測試結(jié)果均合格。

3.6 廠用負(fù)荷帶電電纜絕緣測試

為排除由于高廠變低壓側(cè)共箱母線元件或負(fù)荷接地感應(yīng)到發(fā)變組側(cè)，對2＃機6kV 廠用負(fù)荷帶電電纜進行絕緣測試，測試結(jié)果均合格，事故期間無投切操作。

對2＃高壓變低壓側(cè)共箱母線及進線PT 間隔進行絕緣測試，測試數(shù)據(jù)見表5。

表5 共箱母線及進線PT 間隔絕緣測試 MΩ

排查結(jié)論：高廠變低壓側(cè)共箱母線絕緣合格。

3.7 發(fā)電機母線避雷器檢查

對發(fā)電機母線出口避雷器進行試驗檢查，試驗數(shù)據(jù)見表6。

表6 發(fā)電機母線出口避雷器試驗數(shù)據(jù)

排查結(jié)論：避雷器合格，無異常。

4 排查范圍的縮小及故障點的確定

經(jīng)過上述排查后，檢查范圍縮小到三組TV上。因為TV1、TV3為分級絕緣設(shè)備，首先開展常規(guī)特性試驗。試驗數(shù)據(jù)如下：

4.1 高壓側(cè)絕緣試驗

用2500V 兆歐表，進行高壓側(cè)絕緣電阻測定，具體試驗數(shù)據(jù)見表7。

表7 高壓側(cè)絕緣試驗數(shù)據(jù) MΩ

可以判定，兆歐表沒有檢出絕緣缺陷。

4.2 高壓側(cè)直流電阻試驗

高壓側(cè)直流電阻試驗，見表8。

表8 高壓側(cè)直流電阻試驗

在DL／T596-2005 《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》中，對電壓互感器的直阻無明確要求，而在GB50150—2006 《電力設(shè)備交接試驗規(guī)程》中規(guī)定換算到同溫度下誤差不宜大于10%。但從試驗數(shù)據(jù)來看，TV1的三相不平衡度雖然未超過標(biāo)準(zhǔn)，但已經(jīng)很嚴(yán)重，查閱TV1出廠試驗時直阻試驗數(shù)據(jù)見表9。

表9 TV1出廠試驗時直阻試驗數(shù)據(jù)

三相設(shè)備的直阻嚴(yán)重不平衡度，編號為9113131的電壓互感器高壓側(cè)繞阻直阻出現(xiàn)變大現(xiàn)象，專業(yè)人員鑒于此，決定對出口三組TV 進行破壞性耐壓試驗，試驗數(shù)據(jù)見表10～表12。

由表10～表12可知，TV2、TV3及TV1的A／B相均順利通過試驗絕緣，沒有問題，而TV1的C相分別從二次繞組1a1n、2a2n、dadn進行三倍頻感應(yīng)耐壓，升壓過程發(fā)現(xiàn)二次電流直線上升，而一次感應(yīng)電壓不起壓，判斷一次有匝間短路現(xiàn)象。

表10 TV2工頻耐壓試驗數(shù)據(jù)

表11 TV3三倍頻感應(yīng)耐壓試驗數(shù)據(jù)

表12 TV1三倍頻感應(yīng)耐壓試驗數(shù)據(jù)

通過最終試驗確定，引起發(fā)變組一次系統(tǒng)接地故障點為出口TV1的C 相一次繞組匝間短路。更換3臺同型號新產(chǎn)品，機組順利并網(wǎng)運行，整個處理過程歷時90h。

5 接地原理的反向分析

發(fā)電機定子繞組與出口TV 的一次繞組都是直接接地，相當(dāng)于多個線圈并列。當(dāng)TV1的C 相匝間出現(xiàn)短路，三相平衡被破壞，中性點上會合成零序電壓，發(fā)電機的中性點會產(chǎn)生零序電壓。所以，從錄波來看，三組TV 所測電壓值均出現(xiàn)C 相電壓瞬間下降現(xiàn)象，且TV1、TV2二次側(cè)開口三角出現(xiàn)零序電壓且越過定值，解除了對定子接地保護靈敏段的閉鎖，最終保護正確動作。

將產(chǎn)生故障的設(shè)備返回廠家進行解剖，進一步確認(rèn)了一次繞組存在匝間短路現(xiàn)象。

6 故障原因分析及整改措施

6.1 故障原因分析

（1）從編號來看，產(chǎn)生故障的設(shè)備與其他5臺同型號的JDZX3-20型電壓互感器不是一個生產(chǎn)批次。經(jīng)查閱，包括一號機共12臺此型設(shè)備只有故障設(shè)備編號為911開頭，其他均為910開頭。不是同一個生產(chǎn)批次的設(shè)備在接入系統(tǒng)后負(fù)擔(dān)有可能不均衡，從基建期已經(jīng)埋下安全隱患。故障設(shè)備在執(zhí)行過程中因基建試驗單位沒有三倍頻發(fā)生器而未進行。

（2）2＃機組已經(jīng)投運2 年，在2 年里有過兩次維修機會，對此設(shè)備的檢查缺失。

6.2 整改措施

（1）交接試驗時應(yīng)該對設(shè)備進行編號確認(rèn)，盡量保證使用同批次電壓互感器。對于這種分級絕緣的電磁式電壓互感器，應(yīng)嚴(yán)格按照GB 50150-2006 《電力設(shè)備交接試驗規(guī)程》，執(zhí)行3倍頻耐壓試驗。

（2）安排對出口電壓互感器、電流互感器等“小四器”設(shè)備進行特性試驗檢查。對于電磁式電壓互感器來說，額定電壓下的空載特性試驗與三倍頻感應(yīng)耐壓試驗原理一樣，事實證明對TV1的C相進行空載試驗，試驗現(xiàn)象也表現(xiàn)為每個線圈都是加不起壓，電流直線上升。

（3）對發(fā)電機出口TV 這樣價錢較低，而一旦出現(xiàn)損壞影響又大的設(shè)備，應(yīng)積極儲備或與同型機組電廠聯(lián)儲，以保證在發(fā)生事故后，能在最短時間內(nèi)恢復(fù)。

（4）經(jīng)與生產(chǎn)廠家溝通，生產(chǎn)廠家技術(shù)人員確認(rèn)此類設(shè)備為2009年以前產(chǎn)品，生產(chǎn)廠家已進行產(chǎn)品升級，制造時絕緣等級由E 級上升為F 級。寧東電廠已訂購新品，計劃利用兩臺機組，在檢修時進行100%更換。

7 結(jié)語

發(fā)變組一次系統(tǒng)因出口電壓互感器一次繞組匝間短路，而引發(fā)機組解列是定子接地保護故障的一種典型模式。現(xiàn)列舉的定子接地保護故障排查方法和整改措施，對同類型事件具有一定的指導(dǎo)意義。