大型抽水蓄能電站發(fā)電機定子95%接地保護動作跳閘分析

孟繁聰，蔣明君，王 莉

（華東宜興抽水蓄能有限公司，江蘇省宜興市 214205）

大型抽水蓄能電站發(fā)電機定子95%接地保護動作跳閘分析

孟繁聰，蔣明君，王 莉

（華東宜興抽水蓄能有限公司，江蘇省宜興市 214205）

本文介紹了宜興抽水蓄能電站定子95%接地保護的配置以及原理，以及一次由于電壓互感器原因?qū)е吕^電保護誤動的實例，為以后的事故查找積累了經(jīng)驗。

繼電保護 ；定子95%接地保護；TV

0 引言

宜興抽水蓄能電站位于江蘇省宜興市西南郊的銅官山，是一座日調(diào)節(jié)的純抽水蓄能電站。電站裝機容量1000MW，裝設(shè)4臺單機容量為250MW的立軸單級混流可逆式機組。發(fā)電機中性點經(jīng)接地變壓器接地，主變壓器容量為300MVA，發(fā)電機—變壓器組采用單元接線，系統(tǒng)側(cè)額定電壓為500kV。發(fā)電機由加拿大GE公司制造，所配發(fā)電機保護為瑞士ABB公司生產(chǎn)的RGE-216型全數(shù)字式微機保護裝置，該裝置硬件由多功能模塊組成。同時，每臺發(fā)電機配置了Nxtphase公司的TESLA3000故障錄波器。

1 定子95%接地保護系統(tǒng)組成及裝置原理

宜興抽水蓄能電站定子95%接地保護為基波零序過電壓保護（59NG-A），電壓取自發(fā)電機機端TV開口三角形繞組?；阈蜻^電壓（3U0）保護可以反應發(fā)電機機端至發(fā)電機中性點95%區(qū)域的定子繞組單相接地故障。經(jīng)時限t=2s動作于解列滅磁，解列機組。

零序電壓計算公式：3U0=UA+UB+UC

動作判據(jù)為：3U01≥3U01set

式中：3U01為發(fā)電機內(nèi)部單相接地時TV開口三角繞組的3倍基波零序電壓；

3U01set為3倍基波零序過電壓保護動作整定值，整定為5V。經(jīng)過實際測量，機組正常運行時，3U0在2.3V左右。

2 事故跳閘時情況

2008年12月19日上午10時20分，3號機組定子95%接地保護（59NG-A）動作跳機。

2.1 跳閘時繼電保護動作信息

從以上信息可以看出，保護跳閘時，機端TV 3U0已經(jīng)升至10.9V。

2.2 故障錄波器波形分析

（1）故障錄波器高速錄波記錄的波形見圖1，放大波形見圖2。

（2）故障錄波器低速錄波記錄的波形見圖3。

圖1 故障錄波器高速錄波波形

圖2 放大后的故障錄波器高速錄波波形

圖3 故障錄波器低速錄波波形

2.3 故障錄波器通道定義

通道1為機端電壓A相，取自機端TV31繞組1；

通道2為機端電壓B相，取自機端TV31繞組1；

通道3為機端電壓C相，取自機端TV31繞組1；

通道4為機端零序電壓電壓，取自機端TV33繞組2；

通道5為保護啟動數(shù)字量“GENERL TRIP”；

通道6為保護啟動數(shù)字量“59NG-A TRIP”。

2.4 波形分析

經(jīng)過波形分析，發(fā)電機三相電壓幅值與相位故障前后均平衡，未發(fā)生變化，在發(fā)電機經(jīng)過檢查無異常后，排除了發(fā)電機主設(shè)備出現(xiàn)故障的可能性。而零序電壓與A相反相位，且在保護動作跳閘后又消失。初步判定故障范圍在在機端開口三角形TV33 A（定子95%接地保護用TV）相及相關(guān)回路。

3 事故原因析

3.1 TV電氣接線

發(fā)電機機端TV電氣接線圖見圖4。

發(fā)電機機端TV33二次繞組接線圖見圖5和圖6。

3.2 故障查找過程

（1）檢查 TV33的開口三角形繞組的連續(xù)性，數(shù)據(jù)記錄如下：

R（313-323）=0.26Ω；R（313-333）=0.42Ω；R（323-333）=0.25Ω；R（333-334）=0.25Ω；R（可調(diào)電阻）=40Ω。

測量數(shù)據(jù)顯示TV33的三角形二次繞組沒有出現(xiàn)開路或者短路現(xiàn)象。

圖4 機端TV電氣接線圖

圖5 機端TV33二次繞組1接線圖

圖6 機端TV33二次繞組2接線圖

（2）比對分析TV31、TV32、TV33高壓熔絲無異常，數(shù)據(jù)如下：

（3）在3號發(fā)電機機端TV33的高壓繞組加入三相380V AC，測量二次繞組電壓，數(shù)據(jù)如下：

U（313-334）=5mV；U（313-323）=0.9V；U（313-333）=0.9V；U（323-333）=0.9V。

從測量數(shù)據(jù)計算知，該TV繞組變比正確，且未出現(xiàn)零序電壓，故障消失后未重現(xiàn)。

（4）用絕緣搖表測量TV33各TV對地絕緣以及TV33二次側(cè)各電纜接線的對地絕，結(jié)果符合要求。

（5）對3號機組進行SFC拖動試驗，檢查測得最大3U0為2.7V，與其他機組比較未發(fā)現(xiàn)問題。

（6）進行3號發(fā)電機空載運行試驗（加勵磁，發(fā)電機出口開關(guān)GCB03斷開），測得

同樣工況下，在4號機組發(fā)電機機端TV柜測得的數(shù)據(jù)如下：

比較3號機組與4號機組測得的數(shù)據(jù)，基本相似。

（7） 再次利用SFC對3號機組進行SCP拖動試驗，當發(fā)電機電壓升高到50%時，出現(xiàn)定子95%接地保護（59NG-A）動作跳閘，通過現(xiàn)場外加的錄波器測量TV33 A相二次側(cè)三角形繞組各相電壓以及零序電壓、TV33 A相二次側(cè)星型繞組各項電壓，發(fā)現(xiàn)三角形繞組和星型繞組A相電壓幅值同時變小，且波形相同，零序電壓與A相電壓反相位。

（8）將TV33A相TV以及高壓熔絲與TV33 C相進行調(diào)換，重新利用SFC對3號機組進行SCP拖動，95%接地保護（59NG-A）動作跳閘，故障現(xiàn)象與上一次相同。

（9）解開3號機組機端三組TV上端頭（靠母線側(cè)）的軟連接，利用試驗儀器，對機端 TV A相軟連接下端部（靠近TV側(cè)）加5kV電壓，錄波器記錄波形發(fā)現(xiàn)TV33 A相二次側(cè)繞組電壓降低且發(fā)生明顯畸變，但是TV32 A相二次側(cè)繞組電壓幅值正常，發(fā)生輕微畸變。

（10）拉出TV31 A相TV，重新對機端TV A相軟連接下端部（靠近TV側(cè)）加5kV電壓，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)放電聲音，立即停止加壓，進行查找，經(jīng)過查找發(fā)現(xiàn)TV32 A相柜內(nèi)TV母線銅排與絕緣瓷瓶導電部分之間用于固定的螺栓松動，手動可以輕易晃動TV32 A相柜內(nèi)母線銅排。

圖7 TV33立面結(jié)構(gòu)圖

圖8 TV立面結(jié)構(gòu)局部放大圖

3.3 保護跳閘原因結(jié)論

機端TV33結(jié)構(gòu)立面圖見圖7和圖8。圓圈部分表示之前發(fā)現(xiàn)的螺栓松動地方，因為螺栓松動導致柜內(nèi)TV母線銅排與絕緣瓷瓶導電部分之間虛接，導致接觸電阻過大，造成分壓，而該絕緣瓷瓶導電部分與TV33 A相高壓線相連接，從而使得TV33 A相高壓繞組電壓明顯下降，二次側(cè)開口三角形繞組產(chǎn)生零序電壓，導致95%接地保護（59NG-A）動作跳閘。

在緊固該螺栓并重新檢查3號機組所有TV的相應螺栓后，重新對機端TV A相軟連接下端部（靠近TV側(cè)）加5kV電壓，各個電壓波形、相位正確，無異常。升高至額定電壓，檢查電壓波形，無異常。重新開機進行發(fā)電機空載運行試驗（加勵磁，發(fā)電機出口開關(guān)GCB03斷開），以及利用SFC對3號機組進行SCP拖動試驗。經(jīng)過試驗檢查，TV33各相繞組電壓正常，滿足要求。

4 結(jié)束語

TV32 A相TV柜內(nèi)TV母線銅排與絕緣瓷瓶導電部分之間用于固定的螺栓松動造成虛接而引起TV33 A相電壓下跌是導致該次3號機組定子95%接地保護跳閘的主要原因，同時TV33 A 相TV特性惡化是導致本次事故跳閘的間接原因。事后，對1～4號發(fā)電機所有機端TV進行了螺栓緊固性檢查未發(fā)現(xiàn)異常。

該次3號機組定子95%接地保護跳閘事件為我們敲響了警鐘，同時也為以后的事故處理積累了重要的經(jīng)驗。

[1] 高春如.大型發(fā)電機組繼電保護整定計算與運行技術(shù).北京：中國電力出版社，2007.

孟繁聰（1981—），男，本科，工程師，主要研究方向：抽水蓄能電站機電設(shè)備運行、維護、檢修以及啟動試驗等。E-mail：fancong-meng@sgcc.com.cn

蔣明君（1981—），本科，男，工程師，主要研究方向：抽水蓄能電站機電設(shè)備運行、維護、檢修等。E-mail：mingjun-jiang@sgcc.com.cn

王 莉（1981—），女，本科，助理工程師，主要研究方向：抽水蓄能電站機電設(shè)備維護、檢修等。E-mail：l-w@sgcc.com.cn

Analysis on 95% Generator Stator Grounding Protection Tripping of Pumped Storage Power Plant

MENG Fancong，JIANG Mingjun，WANG Li
（East China Yixing Pumped Storaged Power Co.Ltd.，Yixing 214205，China）

This paper introduces the east of Yixing Pumped Storage Power Station 95% stator grounding protection configuration and principle，and one due to PT causes relay protection tripping cases，accumulated experience for future disaster search

Relay protection；95% Stator Grounding Protection；REG216；PT