发电机95%定子接地保护跳闸分析

么敏

华电青岛发电有限公司 山东青岛 266031

故障概况

#1发电机于1994年投入运行，水氢氢型汽轮发电机。2012年进行增容改造，改造后额定功率320MW，功率因数0.85（滞后），定子电压20kV，定子电流10868A，励磁方式为三机励磁。在进行增容改造同时，将原发变组保护由ABB公司生产的REG更换为2套RCS-985B发变组保护装置和1套RCS-974AG非电量保护装置，实现保护双重化。

2012年11月7日改造工程结束，发变组保护传动试验验证保护装置回路逻辑正确后，进行总启动。当发电机冲至3000转，零起升压至额定，准备并网时，11:05:41时，RCS-985B保护装置A、B屏定子接地保护动作，发电机跳闸，汽轮机跳闸，锅炉MFT。

定子接地保护原理及整定

发电机定子单相接地保护是发电机常见的一种故障，当发生该种故障时，非接地相对地电压升高，危及对地绝缘，甚至会相继发生接地故障。定子单相接地时，接地电流过的电流是发电机及其连接的厂用分支、封闭母线和主变低压绕组对地电容电流，当接地电容电流超过允许值（300MW汽轮发电机接地允许电流为1A），可烧伤定子铁芯，进而损坏定子绕组绝缘，导致匝间或相间短路。

发电机定子绕组单相接地时，发电机系统的零序电压与接地点的位置有关。

设定子A相接地，接地点距中性点的电气距离为 ，则机端对地电压为 。由图一可以看出，接地点的零序电压

　　　 （1）

图一 零序电压与接地位置的关系

在图中： －发电机相电压额定值；

　　　　 －发电机系统的零序电压；

　　　　 －接地点距中性点的电气距离，机端接地时， ＝1。

2.1发电机定子接地保护原理

RCS-985B定子接地保护主要由基波零序电压保护和三次谐波电压比率定子接地保护组成。其中，基波零序电压保护发电机85~95%的定子绕组单相接地，而三次谐波电压判据则保护发电机中性点25%左右的定子接地。保护逻辑框图见图二、图三。

图二 基波零序电压保护逻辑框图

图三 三次谐波电压判据逻辑框图

2.2 定子接地保护的整定计算

2.2.1 低定值段零序电压整定

按躲过正常运行时的最大不平衡基波零序电压Uo.max整定，即

Uo.p=KrelUo.max （2）

式中：

Krel——可靠系数，取1.2~1.3

Uo.max——机端或中性点实测不平衡基波零序电压

在计算基波零序电压动作元件时，要考虑该保护的保护范围，当发生由机端向机内90%的范围定子接地故障时，基波零序电压保护应动作，此时一次零序电压应为0.1.

#1发电机机端TV变比为//

则低定值段零序电压的整定值为：

Uo.p=3×=10（V）

动作时间：

定子接地保护可视为发电机的主保护，在保证不误动的情况下，动作时间尽可能取短，故取t=0.2s

2.2.2 高定值段零序电压整定

高定值段的动作电压应可靠躲过传递过电压，高定值取25V，动作时间取0.5S。

3.故障原因分析

3.1 保护装置动作报告

图四 保护装置动作报告

从RCS-985B发变组保护装置打印出的动作报告（图四），可以看出基波零序电压定值动作，根据定值整定原则，可以判断接地故障应该发生在机端向机内的90%范围内。

3.2发电机故障录波图分析

图五 PT电压录波图

从#1发电机故障录波图（图五）上可以看出，当故障发生时，发电机机端1PT、2PT的电压波形均发生畸变，由于发变组保护为双重化配置，采样通道独立，A屏保护电压量取自1PT，B屏保护电压量取自2PT。根据两套保护均动作、两个PT电压采样量波形等现象可以断定：定子接地保护非误动，应确有一次故障发生。

在图五中，1PT和2PT的Ua、Ub波形虽然发生畸变，但仍可看出正弦波形。Uc在故障发生时畸变严重，电压下降到32.647V和33.170V，根据故障分析原理，可以断定接地故障发生在C相。

图六 零序电压录波图

根据前文对接地点零序电压的理论分析可知，当C相接地时接地点零序电压：

U₀= - Ủ （3）

当发生接地故障时，由于接地电流非常小，定子绕组感抗又远小于对地容抗，在这种情况下，可以忽略定子绕组感抗压降。这时，零序电压U₀既是定子绕组任一相和任一点的零序电压，同时也是发电机中性点的位移电压，根据图六可以看出故障发生时发电机中性点PT 3U₀ Umax= -55.744V，代入公式（3），可得：

-55.74= - ×57.74

=0.97

据此可以推断出机端C相发生故障，导致定子接地保护动作。

4.事故检查及处理

电气检修人员测量一次系统绝缘到零后，打开1A高厂变高压侧C相胶囊，发现封闭母线盘式绝缘子有放电痕迹，见图七。更换备品后，测量绝缘达到20MΩ。

图七

5.结论

在#1发电机发生故障时，根据录波图和基波零序动作理论推算出接地位置和实际故障位置十分吻合，说明定子接地保护动作正确。保护及时动作，迅速切除故障，避免了事故的进一步发展，使损失降到了最低，大大缩短了抢修时间。由此，在整定定子接地保护时，在保证不误动的情况下，动作时间尽可能短，将其视为主保护整定的这一整定原则来整定时比较合理的。

参考文献

1. 王维俭，电气主设备继电保护原理与应用，北京：中国电力出版社，202.

2. 高春如.大型发电机组继电保护整定计算与运行技术.北京：中国电力出版社，2010.

3. RCS-985发电及变压器成套保护装置技术和使用说明书，南京南瑞继保电气有限公司