发电机定子接地保护动作分析及解决措施_张国超

达岱水电站位于柬埔寨西部国公省（ Koh Kong） ， 装机 容 量 3 × 82 MW，多 年 平 均 年 发 电 量 8． 49 亿 kW·h。电站发电机 － 变压器组合方式采用单元 接线，230 kV 侧采用双母线接线，电站 L1、L2 线路以 230 kV 一级电压接入柬埔寨电网，L3 线路经 T4 降压 变压器降压为 22 kV 和 35 kV，分别送往戈公省和优 莲。电站于 2010 － 03 － 29 日开工建设，2014 年 9 月 3 台机组及 L1、L2 两回 230 kV 线路均正式进入商业运 行，L3 线路中的 22 kV 出线于 2015 年 8 月份投运，35 kV 出线尚未投运。达岱电站及 L1、L2 线路由清江公 司达岱项目部运营管理，L3 线路由柬埔寨国家电网公 司 EDC 运营管理。
1． 3 保护正确动作
基波零序电压原理保护发电机 85% ～ 95% 的定 子绕组单相接地，三次谐波电压原理保护发电机中性 点附近定子绕组的单相接地［5 － 6］。
基波零序电压定子接地保护分两段两时限。 高定值段动作判据为∣ 3U0 ∣ ＞ ∣ Uoph ∣，保护 短 延 时 动 作 跳 闸 或 信 号； 低 定 值 段 动 作 判 据 为 ∣ 3U0 ∣ ＞ ∣ Uopl ∣，保 护 短 延 时 动 作 跳 闸 或 信 号。 其中，3U0 为基波零序电压，一般取中性点电压，如果 中性点无 TV，则取机端零序电压，带 TV 异常闭锁； Uoph为基波零序电压高定值段整定值； Uopl 为基波零序 电压低定值段整定值。达岱电厂发电机中性点有 TV， 所以，定子接地保护零序电压量取自发电机中 性 点 TV，见图 1。
发电机空载特性试验等。结果表明，机组经检修后运行正常。
关键词： 发电机定子； 接地保护； 故障； 解决措施
中图分类号： TM312： TV737
文献标志码： A
文章编号： 1671 － 3354（ 2017） 01 － 0063 － 04
Analysis and Treatment of a Generator Stator Grounding Protection Fault
Abstract： In the No． 3 generator unit of Cambodian Tatay Hydropower Station，a stator grounding protection fault was observed． Possible reasons of this fault are analyzed and treatment measures are proposed． After the maintenance of the stator bar，various tests are carried out，including the stator and rotor parameter test，current rising and short circuit characteristic test，voltage rising and no － load characteristic test，generator no － load characteristic test． The results show that the generator unit operates well after the maintenance． Key words： generator stator； grounding protection； fault； treatment
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水电与新能源
2017 年第 1 期
发电机及封闭母线、分支母线、厂高变、中性点接地装 棒是静止的，它是切割转子产生的磁场而形成电压。
置等一次设备带电运行状况。并持续 30 min。
A 对 B、C 及地
20
600
3 500
B 对 A、C 及地
17
630
3 200
C 对 A、B 及地
19
620
3 300
A、B、C 对地
6
29
35
表 4 直流耐压结果表
直流电压 / kV
6． 9 13． 8 20． 7 27． 6 34． 5
A 对 B、C 及地 / μA 6
11
16
25
35
B 对 A、C 及地 / μA 6
图 1 定子接地保护逻辑图
关于发电机定子接地保护，达岱电厂将高定值定 子接地保护只作为发信号，低定值保护作为动作出口。 当 高 定 值 接 地 保 护 动 作 时，发 电 机 中 性 点 电 压 为
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16． 339 V，大 于 高 定 值 接 地 保 护 动 作 值 （ 动 作 值 为 2 V） ，延时 102 ms 发信号； 当低定值接地保护动作时， 发电机中性点电压为 35． 758 V，大于低定值接地保护
张国超1 ，张贝贝2 ，刘向磊1
（ 1． 湖北清江水电开发有限责任公司，湖北 宜昌 443000； 2． 三峡电力职业学院，湖北 宜昌 443000）
摘要： 介绍了柬埔寨达岱水电站 3 号发电机定子接地保护故障，对故障原因进行了检查分析，根据检查分析结果提出了
解决措施。对电机定子线棒进行了检修，并进行定子和转子相关参数试验、升流及短路特性试验、升压及空载特性试验、
2017 年第 1 期 2017 Number 1
水电与新能源 HYDＲOPOWEＲ AND NEW ENEＲGY
总第 151 期 Total No． 151
DOI： 10． 13622 / j． cnki． cn42 － 1800 / tv． 1671 － 3354． 2017． 01． 012
发电机定子接地保护动作分析及解决措施
试验完毕后将电流降为零，跳灭磁开关，停机，跳 开它励电源。拆除它励电源、拆除短路板，恢复励磁变 高压侧与母线连接，恢复发电机正常保护定值。
4） 升压及空载特性试验。测量发电机定子绕组 对地绝缘电阻、吸收比和极化指数，应满足规范要求， 试验时出口断路器 03 及隔离刀闸 031 处于分闸位置。 投入发电机过电压保护、差动保护、后备保护和励磁变 保护，发 电 机 过 电 压 保 护 暂 时 设 定 为 1． 3Un，延 时 0． 5 s。
1． 2 绝缘检查
解开 3 号发电机出口软连接和中性点三相连接
后，用 5 000 V 兆欧表测量三相绝缘值，结果见表 1。
表 1 3 号发电机三相绝缘测量结果表
MΩ
相别
15 s 绝缘值 60 s 绝缘值
吸收比
A
25
100
4
B
30
120
4
C
0
0
－
拆除发电机上挡风板，检查发现在发电机 定 子 39、40、41 线槽上下线棒之间横置 1 根钢锯条，钢锯条 及 40 槽线棒有明显烧蚀发黑的现象。从定子 39、40、 41 线槽上下线棒之间发现的钢锯条来看，初步分析系 钢锯条在长期运行过程中导致定子 40 槽上层线棒（ C 相） 绝缘降低，最终导致定子 C 相接地。
ZHANG Guochao1 ，ZHAGN Beibei2 ，LIU Xianglei1
（ 1． Hubei Qingjiang Hydroelectric Development Co． ，Ltd． ，Yichang 443000，China； 2． Three Gorges Vocational College of Electric Power，Yichang 443000，China）
机组按 10% 逐级升流至 1． 1In，然后按 10% 逐级 下降电流，记录定子三相电流，励磁电流和励磁电压； 录制发电机三相短路特性曲线（ 如图 2 所示） 。
分支
A
B
C
Ⅰ
9． 221
9． 213
9． 005
Ⅱ
9． 013
9． 031
9． 236
表 3 绝缘电阻测量结果表
MΩ
时间 /s
15
60
600
收稿日期： 2016 － 10 － 10 作者简介： 张国超，男，工程师，主要从事电力系统运行管理方面的工作。
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水电与新能源
2017 年第 1 期
1 事故原因
1． 1 事故推断
从故障录波图分析，事故时刻发电机机端及主变 低压侧 C 相电压均明显降低，A 相及 B 相电压明显升 高，零序电压大幅升高。保护动作跳开发电机出口开 关后，主变低压侧 C 相电压及零序电压即恢复正常。 通过以上检查和故障录波图分析，判断发电机保护动 作正确，发电机 C 相绕组存在接地故障［3 － 4］。
张国超，等： 发电机定子接地保护动作分析及解决措施
2017 年 1 月
动作值（ 动作值为 5． 8 V） ，延时 1 006 ms 跳闸。所以， 发电机定子接地保护正确动作。
2 解决方案
2． 1 定子线棒检修
本次 3 号机组线棒检修，上层线棒共拆除 35 根， 更换 7 根； 下层线棒共拆除 2 根，更换 2 根。在定子线 棒检修期间，分别做了磁极拆除、绝缘盒拆除、烫头、槽 楔除绑、线棒 拔 出、线 棒 处 理 镶 嵌、线 棒 绑 扎、槽 楔 镶 嵌、焊头、清扫、绝缘灌注、整体清扫、磁极安装、挡风板 安装、盖板安装。
升压用自并励进行，初期将其输出调到最小值； 投 Biblioteka Baidu所有机械保护及自动控制回路； 厂用变低压侧断路 器处于分闸位置； 出口断路器及隔离刀闸处于分闸位 置，接地刀闸已拉开。
手动升压至 25% Un，检查升压范围内的电压回 路，检查升压范围内发电机及封闭母线、分支母线、厂 高变、中性点接地装置等一次设备带电运行状况。然 后按 50% 、75% 、100% 逐级升压。同时，在 100% 额定 电压下检查升压范围内的电压回路，检查升压范围内
10
15
26
31
C 对 A、B 及地 / μA 6
11
17
24
33
表 5 交流耐压结果表
相别
A
B
C
施加工频交流电压 / kV 20． 7
20． 7
20． 7
持续时间 / min
1
1
1
试验描述
无闪络、 无闪络、 无闪络、 无击穿 无击穿 无击穿
结论
合格
合格
合格
图 2 短路特性曲线图
同时，检查定子绕组及机组各部温度，确认技术供 水的水量正常，空冷器运行有效； 在发电机额定电流 下，检查集电环与碳刷的运行情况，检查励磁变本体、 励磁功率柜、励 磁 电 缆 及 短 路 板、发 电 机 出 口 及 中 性 点、出口封闭母线及母线出口处屏蔽板等各部位设备 发热情况。
2015 － 12 － 31 日柬埔寨达岱电厂 1、2、3 号机组 并 网 运 行，其 中 3 号 机 组 处 于 满 发 状 态。 当 天
13： 16： 44，中控室监控系统报 3 号发电机定子接地保 护动作出口，解列灭磁并启动事故停机［1 － 2］。经现场 检查发现： ①发电机保护装置显示发电机定子接地保 护“高定值”与“低定值”分别动作，高定值故障报文： 机端开口三角形电压为 16． 339 V∠269°，中性点电压 为11． 595 V∠261°，延时 102 ms 发信号； 低定值故障 报文： 机端开口三角形电压为 35． 758 V∠10°，中性点 电压为 26． 634 ∠0°，延时 1 006 ms 跳闸； ②对故障录 波器检查发现 3 号发电机机端和主变低压侧 AB 两相 电压明显偏高，而 C 相电压明显偏低； ③机端和主变 低压侧零序电压均在 30 V 以上； ④对 3 号主变保护电 气量与非电气量检查，未发现异常信号； ⑤检查 3 号机 1、2、3PT 二次侧无异常； ⑥检查 3 号机励磁变无异常； ⑦检查转子绝缘正常。
2． 2 试验
1） 定子试验。定子试验内容见表 2 － 表 5。
表 2 直流电阻测量结果表
MΩ
2） 转子试验： ①绝缘电阻测量 1 min，绝缘电阻为 453 MΩ，合格； ②交流耐压试验。对转子施加 1 350 V 交流工频电压，持续 1 min，无闪络、无击穿，通过。
3） 升流及短路特性试验。在测量定子绕组和转 子绕组绝缘电阻、吸收比及极化指数满足规范要求时， 安装发电机母线短路板，通过励磁装置手动升 流 至 5% 发 电 机 额 定 电 流，检 查 发 电 机 各 电 流 回 路； 按 25% 、50% 、75% 和 100% 逐级升流至额定电流，并检 查发电机各部运行情况，检查电流回路； 在额定电流下 运行 30 min 后将电流降低为零［7 － 8］。