發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)零序電壓變化導(dǎo)致跳機(jī)的分析

張建生，秦文忠，畢國(guó)軒

（神華國(guó)能(神東電力)集團(tuán)公司，北京 100033）

1 設(shè)備概況及事故經(jīng)過(guò)

某電廠(chǎng)主變?yōu)閵W地利ELIN公司產(chǎn)品，呈三相分體式布局，額定容量為3×210 MVA。由于A(yíng)相變壓器運(yùn)行期間油中乙炔含量超標(biāo)返廠(chǎng)大修，臨時(shí)替換為保定天威保變電氣股份有限公司生產(chǎn)的變壓器，其額定容量、電壓、電流與之前一致，但短路阻抗有所偏差，A相為12.7 %，B，C相為13.43 %。

2013年，該電廠(chǎng)運(yùn)行中發(fā)電機(jī)A套“定子接地A”、B套“定子接地B”保護(hù)動(dòng)作，發(fā)變組解列，汽輪機(jī)超速保護(hù)掉閘，爐緊停。機(jī)組跳機(jī)前運(yùn)行方式為：帶有功負(fù)荷440 MW，5臺(tái)磨煤機(jī)運(yùn)行，汽泵運(yùn)行，2臺(tái)電泵備用，RB(輔機(jī)故障減負(fù)荷)，AVC(自動(dòng)電壓控制)投入，機(jī)組自帶廠(chǎng)用電。

2 跳機(jī)事故發(fā)生后的試驗(yàn)檢查

2.1 繼電保護(hù)及二次回路檢查試驗(yàn)情況

2.1.1 A套定子接地保護(hù)校驗(yàn)(原定值校驗(yàn))

(1)A/B套定值整定?；ㄈ∽园l(fā)電機(jī)中性點(diǎn)開(kāi)口三角電壓，三次諧波取自中性點(diǎn)開(kāi)口三角電壓和機(jī)端開(kāi)口三角電壓。校驗(yàn)零序電壓、三次諧波比率、三次諧波差動(dòng)報(bào)警及動(dòng)作值正確。

(2)95 %定子接地保護(hù)定值試驗(yàn)。零序電壓定值動(dòng)作值低定值為14.5 V，高定值為16.5 V，動(dòng)作時(shí)間為0.8 s，定值、出口正確。

(3)TV(電壓互感器)斷線(xiàn)閉鎖檢查正常。

(4)保護(hù)A柜試驗(yàn)。模擬A柜發(fā)電機(jī)定子接地，發(fā)變組A柜記錄“A柜發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)”；錄波器記錄“A柜發(fā)電機(jī)定子接地”；電氣DCS(分布式控制系統(tǒng))柜記錄“發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)A”；信號(hào)檢查正確。

(5)核對(duì)TV變比。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)TV(保護(hù)及錄波器用)變比為發(fā)電機(jī)出口TV變比為

2.1.2 精度檢驗(yàn)和動(dòng)作檢查

(1)A，B套發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)電流通道零漂及精度檢驗(yàn)。對(duì)A，B柜發(fā)電機(jī)機(jī)端差動(dòng)保護(hù)電流通道零漂及精度進(jìn)行檢驗(yàn)，三相全部無(wú)零漂；分別加電流0.5 A，2 A，5 A，10 A，最大誤差為4 %，滿(mǎn)足誤差不大于5 %的要求。

(2)A，B套差動(dòng)保護(hù)啟動(dòng)值檢查。A，B套差動(dòng)保護(hù)機(jī)端和中性點(diǎn)整定(Ie倍數(shù))均為0.2，計(jì)算電流為0.97 A，Ie倍數(shù)為0.95時(shí)均不動(dòng)作，Ie倍數(shù)為1.05時(shí)均動(dòng)作，檢查結(jié)果正確。

(3)A，B套差動(dòng)速斷檢查。A，B套差動(dòng)保護(hù)機(jī)端和中性點(diǎn)調(diào)試整定(Ie倍數(shù))均為4，計(jì)算電流為18.84 A，Ie倍數(shù)為0.95時(shí)均不動(dòng)作，Ie倍數(shù)為1.05時(shí)均動(dòng)作，檢查結(jié)果正確。

(4)A，B套時(shí)間檢查。單相加定值的1.2倍，測(cè)試差動(dòng)時(shí)間A相為71.1 ms，B相為71.7 ms，C相為71.7 ms；速斷時(shí)間A相為30.6 ms，B相為31.2 ms，C相為30.7 ms，符合要求。

2.1.3 二次回路檢查

(1)打開(kāi)發(fā)電機(jī)消弧線(xiàn)圈二次線(xiàn)(包括TV，CT)、保護(hù)柜連片及接地點(diǎn)，測(cè)試電纜的對(duì)地、相間絕緣大于50 MΩ,符合要求，從就地與發(fā)變組保護(hù)柜對(duì)線(xiàn)正確。

(2)檢查本次主變、高廠(chǎng)變二次回路絕緣大于50 MΩ, 符合要求。

(3)發(fā)變組保護(hù)所有CT(電流互感器)電纜對(duì)地絕緣大于50 MΩ, 符合要求。

(4)與熱控傳動(dòng)電氣保護(hù)動(dòng)作去熱控關(guān)主汽門(mén)信號(hào)正確。

2.2 一次設(shè)備絕緣試驗(yàn)

2.2.1 主變?cè)囼?yàn)

(1)直流電阻測(cè)試。主變A相因乙炔超標(biāo)更換為國(guó)產(chǎn)備用變壓器，低壓側(cè)直流電阻比其他兩相偏小，本次實(shí)測(cè)值與交接時(shí)的數(shù)據(jù)相一致，故可以判斷為合格。

(2)絕緣電阻及極化指數(shù)測(cè)試。變壓器低壓繞組對(duì)高壓繞組及地絕緣電阻大于40 000 MΩ，極化指數(shù)為2.0，試驗(yàn)數(shù)據(jù)符合《交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》的要求。

(3)泄漏電流測(cè)試。低壓繞組加壓20 kV/min，測(cè)得泄漏電流最大為3.2 μA，試驗(yàn)數(shù)據(jù)符合《交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》的要求。

2.2.2 高廠(chǎng)變?cè)囼?yàn)

（1） 繞組直流電阻測(cè)試。測(cè)試?yán)@組線(xiàn)間直流電阻值互差為0.21 %，與前次測(cè)試值比較，歸算到20 ℃后偏差0.28 %，試驗(yàn)數(shù)據(jù)符合《交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》的要求。

(2)絕緣電阻及極化指數(shù)測(cè)試。高壓繞組對(duì)低壓繞組2uvw，3uvw及地的絕緣電阻大于20 000 MΩ，極化指數(shù)為2.0，試驗(yàn)數(shù)據(jù)符合《交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》的要求。

(3)泄漏電流測(cè)試。高壓繞組加壓20 kV/min，測(cè)得泄漏電流最大為27.2 μA，試驗(yàn)數(shù)據(jù)符合《交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》的要求。

2.2.3 發(fā)電機(jī)試驗(yàn)

對(duì)于發(fā)電機(jī)定子繞組直流耐壓及泄漏電流，因?yàn)槭菣z查性試驗(yàn)，沒(méi)有進(jìn)行分相耐壓試驗(yàn)，由于匯水環(huán)接地?zé)o法打開(kāi)，水回路泄漏電流無(wú)法屏蔽，且儀器容量未升至規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)值，所以發(fā)電機(jī)未排空定子冷卻水，升壓至30 kV時(shí)泄漏電流為581.4 μA。

2.2.4 發(fā)電機(jī)出口避雷器試驗(yàn)

(1)絕緣電阻測(cè)試。測(cè)試三相避雷器絕緣電阻值均大于20 000 MΩ， 避雷器計(jì)數(shù)器未動(dòng)作。

(2)電導(dǎo)電流測(cè)試。測(cè)試三相避雷器電壓為20 kV時(shí)的電導(dǎo)電流最大為6.5 μA，符合《交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》的要求。

2.2.5 發(fā)電機(jī)出口封閉母線(xiàn)試驗(yàn)

(1)絕緣電阻測(cè)試。A，B，C三相封閉母線(xiàn)的絕緣電阻值分別為20 000 MΩ，9 000 MΩ，10 000 MΩ，符合《交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》的要求。

(2)工頻耐壓試驗(yàn)。B，C相封閉母線(xiàn)加壓51 kV/min時(shí)通過(guò)；但A相封閉母線(xiàn)在第1次耐壓電壓為46 kV時(shí)持續(xù)35 s被擊穿后，在第2次耐壓電壓升至45.8 kV時(shí)又一次發(fā)生擊穿，耐壓后測(cè)其絕緣電阻為1.8 MΩ。

2.2.6 發(fā)電機(jī)出口母線(xiàn)TV試驗(yàn)

(1)繞組的絕緣電阻測(cè)試。5組發(fā)電機(jī)出口母線(xiàn)TV絕緣電阻均大于20 000 MΩ，符合《交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》的要求。

(3)交流耐壓試驗(yàn)。5組發(fā)電機(jī)出口母線(xiàn)TV施加電壓59 kV后，試驗(yàn)頻率為118 Hz,其中編號(hào)為F23的TV的A相在電壓為45.6 kV時(shí)絕緣被擊穿，其余交流耐壓合格。

上述試驗(yàn)表明：由于A(yíng)相封母耐壓擊穿，因此主要對(duì)A相絕緣進(jìn)行檢查，后檢查發(fā)電機(jī)封母編號(hào)為F04的CT絕緣不合格，對(duì)其進(jìn)行了更換，更換后恢復(fù)封閉母線(xiàn)進(jìn)行絕緣耐壓試驗(yàn)，電壓為51 kV時(shí)通過(guò)。由于編號(hào)為F23的TV的A相三倍頻試驗(yàn)絕緣低，對(duì)其也進(jìn)行了更換。

3 檢查試驗(yàn)后的分析

該電廠(chǎng)發(fā)變組保護(hù)為南京南瑞繼保電氣有限公司生產(chǎn)的RCS-985系列保護(hù)裝置，機(jī)組跳機(jī)后檢查發(fā)變組保護(hù)A，B柜保護(hù)裝置報(bào)告為“發(fā)電機(jī)定子接地”保護(hù)動(dòng)作出口，依據(jù)機(jī)組事故實(shí)時(shí)故障錄波圖和2套發(fā)變組保護(hù)事件記錄動(dòng)作報(bào)告分析，故障時(shí)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)零序電壓達(dá)14.99 V，發(fā)電機(jī)機(jī)端開(kāi)口零序電壓為15.1 V，零序電壓升高至定值，且發(fā)電機(jī)端電壓出現(xiàn)不平衡，使定子接地保護(hù)動(dòng)作。

對(duì)事故發(fā)生時(shí)的發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作情況、發(fā)變組事故實(shí)時(shí)故障錄波圖、一次設(shè)備檢查試驗(yàn)情況進(jìn)行分析，由于更換A相變壓器后，已有較大的不平衡電壓出現(xiàn)，發(fā)電機(jī)機(jī)端一次系統(tǒng)出現(xiàn)微小的擾動(dòng)(如濕度、溫度、瓷絕緣性能不佳等)，將引起三相不平衡電壓變化增大，導(dǎo)致零序電壓同步變化增大，達(dá)到定值，保護(hù)動(dòng)作出口。故障跳機(jī)前當(dāng)?shù)赜嘘幱晏鞖獬霈F(xiàn)，現(xiàn)場(chǎng)一、二次相關(guān)設(shè)備試驗(yàn)除發(fā)電機(jī)A相封閉母線(xiàn)、編號(hào)為F04的TV外均正常，封閉母線(xiàn)交流耐壓A相在升壓至46 kV時(shí)擊穿，其對(duì)地阻抗由理論上的純電容性質(zhì)變?yōu)殡娙莺碗娮璨⒙?lián)組成，而B(niǎo)，C相封閉母線(xiàn)在對(duì)地交流耐壓加壓51 kV時(shí)通過(guò)，其對(duì)地阻抗為純電容性質(zhì)。發(fā)電機(jī)出口側(cè)三相對(duì)地阻抗不平衡，引起發(fā)電機(jī)三相不平衡電壓變化增大而跳機(jī)，同時(shí)由A相耐壓擊穿電壓值及3U0電壓可以看出，該A相對(duì)地阻抗絕緣電阻仍較高(但不合格)。

由發(fā)變組事故實(shí)時(shí)故障錄波圖可看出，在機(jī)組跳閘甩負(fù)荷后，發(fā)電機(jī)三相空載電壓及零序電壓較未跳閘前幅值有一定變化(不是引起跳機(jī)的原因)，疑似跳機(jī)后發(fā)電機(jī)機(jī)端等效參數(shù)發(fā)生變化，存在多次諧波小幅值振蕩。三相電壓不平衡，保護(hù)二次開(kāi)口三角電壓偏高，主要是由于分布電容與發(fā)電機(jī)的電感、TV電感以及封閉母線(xiàn)和變壓器電感引起諧振，進(jìn)而組成一個(gè)LC振蕩電路；此電路在振蕩時(shí)會(huì)產(chǎn)生很高的電壓。引起發(fā)電機(jī)振蕩的原因有很多，主要有氣候條件如濕度、溫度、瓷絕緣上塵土的改變，以及由于更換近似型號(hào)元件所引起的電感量的改變等，但一般只有1項(xiàng)起著主要作用。

綜上所述，應(yīng)在開(kāi)機(jī)時(shí)進(jìn)行相關(guān)發(fā)電機(jī)零起升壓及接地電容電流試驗(yàn)，并在試驗(yàn)后依據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)決定是否調(diào)整中性點(diǎn)消弧線(xiàn)圈電感值，以消除諧振。

4 采取的措施

在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，在中性點(diǎn)加裝消弧線(xiàn)圈的作用是當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，由消弧線(xiàn)圈提供一個(gè)電感電流來(lái)補(bǔ)償接地電容電流，從而減小接地電流、降低接地電弧、恢復(fù)電壓，使電弧自動(dòng)熄滅，并可防止大的接地電流燒損定子繞組和鐵芯。消弧線(xiàn)圈的投入應(yīng)盡量減小單相接地故障時(shí)的殘流，但也不能因中性點(diǎn)偏移造成相對(duì)地電壓過(guò)高，因此要合理調(diào)整消弧線(xiàn)圈檔位來(lái)取得最佳效果。

因該廠(chǎng)主變A相變壓器更換，導(dǎo)致A相主變與B，C相主變的對(duì)地電容不同，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)零序電壓不為0，不平衡電壓較高。此基波零序電壓為定子接地保護(hù)的主要判據(jù)，使用三相同型號(hào)主變運(yùn)行時(shí)，應(yīng)接近0。如正常運(yùn)行時(shí)此不平衡電壓大，則會(huì)影響定子接地保護(hù)的靈敏度。而該廠(chǎng)正常運(yùn)行時(shí)，在原中性點(diǎn)補(bǔ)償電感下，保護(hù)裝置測(cè)得零序電壓約為12.8 V，表明更換變壓器后中性點(diǎn)消弧線(xiàn)圈電感已和現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)地電容不匹配，需要重新測(cè)定發(fā)變組的對(duì)地電容以及此電容量對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償電感，從而減小中性點(diǎn)的不平衡電壓，增加定子接地保護(hù)的有效保護(hù)范圍。采取的具體措施如下。

(1)斷開(kāi)消弧線(xiàn)圈刀閘，在發(fā)電機(jī)出口A(yíng)相編號(hào)為F21的TV處經(jīng)5 A電流表接地，發(fā)電機(jī)升壓至50 %額定電壓時(shí)，測(cè)試發(fā)電機(jī)對(duì)地電容電流為2 A，因此在額定電壓時(shí)實(shí)際接地電容電流為4 A。

(2)合上消弧線(xiàn)圈刀閘，將編號(hào)為F21的TV處接地，測(cè)試在不同分接頭情況下的補(bǔ)償電流。同時(shí)，調(diào)整中性點(diǎn)消弧線(xiàn)圈的補(bǔ)償度，以驗(yàn)證中性點(diǎn)補(bǔ)償電感的選取。

(3)發(fā)電機(jī)空載試驗(yàn)。斷開(kāi)發(fā)電機(jī)A相接地點(diǎn)，機(jī)端電壓升至50 %時(shí)，由中性點(diǎn)檔位及電壓關(guān)系可知，應(yīng)選取較小零序電流和較小零序電壓的檔位，即-7檔。

(4)經(jīng)過(guò)調(diào)整消弧線(xiàn)圈的補(bǔ)償度，發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后對(duì)中性點(diǎn)零序電壓和機(jī)端零序電壓進(jìn)行測(cè)試，在機(jī)組額定負(fù)荷時(shí)實(shí)測(cè)中性點(diǎn)零序電壓為8.33 V，相比事故前中性點(diǎn)零序電壓12.8 V，減小4.47 V。通過(guò)調(diào)整消弧線(xiàn)圈的補(bǔ)償度，降低了中性點(diǎn)零序電壓值，使得95 %定子接地保護(hù)定值由原來(lái)的16.5 V減小至13 V，基波零序電壓有效保護(hù)范圍增加了3.5 %。同時(shí)保護(hù)定值計(jì)算時(shí)充分考慮了發(fā)電機(jī)機(jī)端一次系統(tǒng)出現(xiàn)微小擾動(dòng)造成中性點(diǎn)零序電壓變化進(jìn)而引起誤動(dòng)的可能。