水轮发电机定子接地故障分析及处理

董鹏飞

（黄河水利水电开发总公司，河南济源459017）

摘

要：概述了发电机定子接地的原理，结合某水电厂的案例，介绍了该水电厂的保护配置，水轮发电机定子接地故障现象以及故

障查找、处理过程，分析了故障发生的原因，并提出了相应的预防措施。

关键词：发电机；定子接地；基波零序电压；三次谐波电压

1设备概述某水电厂发电机为300MW混流式机组，额定电压为18kV，

发变组保护采用WFB-805A微机型发变组保护装置，发电机接地方式为经消弧线圈接地，定子接地保护采用双频两段式保护，由基波零序电压保护和三次谐波电压保护组成。基波零序电压保护可以保护定子绕组的80%左右，三次谐波电压保护实现定子其余部分的保护。

2定子接地原理2.1基波零序电压原理

单相接地时的基波零序电压由机端TV处的开口三角处

测得，3U0为定子接地时的零序电压，测量零序电压的接线图如图1所示。

图1测量零序电压接线图

定子单相接地时，零序电压U0与接地点a的关系如图2所示。图中a为故障点与中性点距离，Eph为相电压，接地故障点离中性点越远，零序电压越高，机端接地时，零序电压等于相电压，故障点离中性点越近，零序电压越低，因此在中性点附近有死区。发生单相接地及相间短路时无开口电压，保护不动作。即：当故障点在机端时，设a=100%，则U0=Eph；当故障点在中性点时，设a=0，则U0=0；当故障点在一相绕组的任一点a时，零序电压U0=aEph，如图2所示，U0与a呈线性关系。

图2定子单相接地时U0与a的关系曲线762.2三次谐波电压保护原理

三次谐波电压的继电保护是否动作，是通过比较中性点

三次谐波电压和机端三次谐波电压来实现的，单相接地时三次谐波电动势分布等值电路图如图3所示。其中，E3为三次谐波电动势，Us3为机端三次谐波电压，Un3为中性点三次谐波电压，Cf为发电机对地电容，Cw为机端出线及设备对地电容。

图3

单相接地时三次谐波电动势分布等值电路图

正常运行时，中性点三次谐波电压Un3总是大于机端三次谐波电压Us3，保护不动作。当距离中性点50%的范围内发生接地故障时，机端三次谐波电压大于中性点三次谐波电压，保护动作。中性点电压Un3和机端电压Us3随故障点a的变化曲线如图4所示。

图4

中性点电压Un3和机端电压Us3随故障点a的变化曲线

3事件经过及处理3.1事件经过

机组在并网运行过程中，定子接地保护2段（100%）动作

跳机。现地检查发变组保护上有80%定子接地动作报警和18kV过电压（零序），这些报警信息都反映了定子接地这一故障，基本可以确定该跳机信号是真实的。跳机时导致甩负荷300MW，造成机组115%过速延时动作，水机保护装置动作。3.2事件处理

为保证电网稳定运行，立即将备用机组并网转移负荷，并将故障机组隔离以便维护人员对故障进行处理。事件处理过程如下：

（1）机组跳机后，值长立刻将此情况汇报给省电力调度中心，通知检修维护班组，并立即将备用机组并网，保证电网的稳定运行。

（2）断开机组中地刀闸，取下机端1#、2#、3#、4#PT一次保

ShebeiGuanliyuGaizao◆设备管理与改造险进行测量，发现3#PTB相保险熔断，更换新配件。

（3）断开机组出口开关，拉开甲刀闸等，用摇表2500V档在PT高压侧或发电机中性点接地刀闸处摇定子三相绝缘均正常。

（4）经检查发电机的励磁变、出口PT等外围设备一次侧不存在接地点。

5结语本次事故信号上位机报100%定子接地，现地实际为80%

定子接地，上位机的信号不能正确反映实际情况，应及时校对更改这类信号。另外，由于厂内设备已运行多年，根据机组PT已出现间歇性故障导致跳机的情况，今后需对影响机组发电的重要设备和元件进行定期预防性试验，以尽可能发现异常，一旦发现异常要及时更换处理，确保发电设备运行可靠。同时，应制定相应的应急处置预案，定期开展反事故演习活动，提高现场人员快速处理事故的能力和水平。

［参考文献］

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析及处理[J].电工技术，2019（1）：71-72.

[2]骆华志，钟振坤.600MW发电机定子故障的分析与研究[J].

电工技术，2018（21）：92-94.

[3]孙建舒.熔断器熔断引起定子接地保护动作浅析及处理[J].

水电站机电技术，2019，42（1）：45-47，53

4故障原因分析经检测发现PT一次保险3#PTB相熔断，发电机定子的励

磁变、出口PT等外围设备一次侧不存在接地点，可判定不是定子真实接地，即排除绕组绝缘降低、绝缘击穿、机端设备接地等原因引起的定子接地保护动作。随后，现场对机组的1#、2#、3#、4#PT（图5）进行伏安特性试验，在对2#PT进行试验时发现，2#PTB相电流突然增大，后又对其做了3次试验进行验证，其中后面两次均正常，将3#PTB相更换至2#PTB相，机组经零起升压运行正常。基于这种现象，判断2#PTB相内部为间歇性故障，最后又将相同型号的备件更换至3#PTB相，并将4组PT全部投入运行，对机组做零起升压，机组运行正常，可以确认事故原因系2#PTB相间歇性故障导致的定子接地保护动作。

收稿日期：2019-06-10

作者简介：吴昕馨（1988—），女，河南郑州人，工程师，主要从

图5

机端PT配置图

事水电厂技术管理工作。

（上接第75页）

表2

将要改造的二期冷水机组设备情况

根据有关资料介绍，冷水机组和冷却水循环泵安装

节约目标

正反馈连锁装置，系统节电率可以达到10%～20%左右，保守起见，这里取10%为目标

二期冷水机组数量配用循环水泵数量

二期乙二醇冷水机组系统数量配用循环水泵数量二期冷却塔风扇数量一期冷却塔风扇数量

2台2台

258kW/台×275kW/台×2

采用以上这种控制方式实现冷却水系统节能，改造后与改造前节能对比效果十分明显，优化改造方案可以节能10%～20%，这样就大大降低了企业的成本支出，同时还可提高人员的工作效率。

6结语通过把冷水机组和冷却循环水泵组成正反馈联锁

2套（一用一备）210kW/台×22台4台4台

30kW/台×252kW44kW

一套中央空调冷水机组运行计算一套低温冷水机组运行计算按照9个月运行时间计算按照3个月运行时间计算忽略不计

24.4万元

实际肯定大于本数值

系统，可以节约大量的电费，同时由于机组始终在额定工况下运行，减少了机组发生故障的概率，有效延长了机组的使用寿命。在大力提倡节能降耗的今天，该改造方案具有一定的社会意义，值得大力推广。

中央空调冷水机组系统总装机功率370kW乙二醇冷水机组系统总装机功率二期冷水机组系统年节约用电

255kW19.9万元

二期低温冷水机组系统年节约用电4.5万元一期冷却塔运行节约电量本方案一年可节约用电费用

收稿日期：2019-07-05

作者简介：王滨江（1966—），男，山东莱州人，高级工程师，研究方向：设备管理、能源和计量管理。

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