沈骏,沈莉萍,俞立凡

(杭州华电半山发电有限公司,浙江杭州 310015)

0 引言

发电机是电力系统中最重要的电气设备之一,发电机定子单相接地后,容易在故障点引起电弧,可能使定子绕组的绝缘和定子铁心烧坏而发展成危害更大的故障。随着微机保护的普及,新机组或改造后的机组,发电机一般都配备了双套保护,以提高其可靠性。因此,发电机的定子绕组接地保护也日趋完善。

1 390H发电机概述

杭州华电半山发电有限公司S109FA燃气-蒸汽联合循环机组配套的390H发电机,由美国通用电气公司(GE)制造,是二极三相50Hz全氢冷同步发电机,定子Y形接线,采用6kV厂用母线供励磁变压器的静态励磁系统(EX2100)。主要参数:额定视在功率,468MV·A;额定有功功率,397.8MW;额定功率因数,0.85;定子额定电压,19kV;定子额定电流,14221A;转子额定电压,750V;转子额定电流,2019A。额定氢压,413.7kPa;氢冷器额定进水温度,28.6℃;氢冷器额定出风温度,40℃;发电机定、转子绕组绝缘等级,F级;温升按B级绝缘来控制。发电机定子质量,267t;转子质量,64.4t。

S109FA机组典型发电机主接线图如图1所示。

S109FA机组配套的发电机、主变压器、高压厂用变压器、励磁变压器、隔离变压器都采用GE的G60,T60和C60保护。G60,T60和C60均为GE公司的UR系列继电器,其中,G60为针对发电机组的保护,T60为变压器的电量保护,C60为变压器的非电量保护。

G60保护提供了2种定子接地保护方法:

图1 S109FA机组典型发电机主接线图

(1)使用发电机中性点侧的三次谐波信号及发电机端零序电压中的三次谐波信号的100%定子接地保护,此方法与国内常见的发电机100%定子接地保护相同。

(2)对发电机中性点三次谐波电压做出反应的三次谐波低电压保护。此方法相对比较简单,仅检测机尾三次谐波电压,当低于整定值时保护动作。为了增强该功能的安全性,还可以用一个可设定的正方向功率窗来监测,也可以使用由发电机输出端测量得到的正序电压来监测,它们都可以在G60保护中设定。

第2种方法国内采用的不多,经验较少。按图1接线的390H发电机,只能按第2种方法设定。

2 保护动作处理经过

2009-05-01T13:52:00,#1发电机运行中跳闸(机组已连续运行42h左右),跳机前机组负荷为300MW。当时,出现在MARKVI上的报警信息有几百条之多,经过筛选后,主要报警信息框图如图2所示。

图2 主要报警信息框图

同时,检查ECS的发电机保护页面,显示发电机保护动作:G60A第1组出口继电器动作,G60B第1组出口继电器动作。就地检查#1发电机变压器组保护A,B屏发现:

(1)GENERTORLOCKOUTA(发电机G60-A保护出口继电器86G-1A)动作;

(2)GENERTORLOCKOUTB(发电机G60-B保护出口继电器86G-1B)动作;

(3)G60-A保护装置显示:发电机定子接地;

(4)G60-B保护装置显示:发电机定子接地。

至此,可以确定此次跳机是由于发电机定子19kV系统接地引起的。

再检查#1发电机故障录波器的故障波形,如图3所示。

图3 故障录波器的波形曲线

分析图3中故障录波器的波形曲线可知:

(1)发电机的三相相电压正常。由于390H发电机与故障录波器的设计存在匹配问题,即故障录波器的相电压取自VT2,VT4,而VT2,VT4虽然是星形连接,但中心点不接地(发电机变频启动需要),它的相电压与常规理解的相电压不同,反映不出接地故障。

(2)有3U0零序电压产生(来自发电机中心点PT)且与Uc反相,说明C相接地。

由于发电机中性点PT变比为12/0.24kV,发电机的相电压为19÷1.732=10.97(kV),则在发电机的某相直接接地时,中性点PT的二次电压应为:240×10.97÷12=219.4(V)。

从图2可知,发电机中心点压变的零序电压约257.7V,故有效值为257.7÷1.414=181(V)。所以,181/219.4=0.8249,说明接地点在离中心点82.5%以外,即靠近出线端。

再查ECS上发电机中心点的电流历史曲线:在接地时,中心点电流约为13.7A。

根据设计资料:机端金属性接地短路时,中性点流过电阻性电流为12.43A、电容电流为9.66A、接地总故障电流为15.74A。13.7A/15.74A=0.87,也说明接地点靠近出线端。

另外,根据故障录波器的其他情况:故障时发电机线电压、电流都没有突变,发电机仅仅出现零序电压就跳闸了,说明故障对设备冲击和损坏应该不大。

因此,拉开#1励磁变压器高压开关,拉开#1发电机出线闸刀,就地手动拉开#1发电机中性点接地闸刀,摇测#1发电机定子一次绝缘为0(在中性点接地闸刀上桩头,如图4所示)。该结果说明,保护动作正确,发电机19kV系统的一次设备确实存在接地状况。

再根据电气接线特点,为方便区分是发电机本体故障还是出线部分故障,决定将发电机本体出口母排的软连接线解开(图1中的A点)。结果,在拆线时发现了故障点,即#1发电机C相出口母排(软连接导线处)至局部放电检测装置耦合电容引接导线烧断,并搭壳接地。B相未损坏前的照片如图5、图6所示。

图6 耦合电容照片

3 分析与总结

故障起因:局部放电检测装置耦合电容引接导线是软线,下垂过大,在温度、湿度、机组振动影响下,与绝缘盘边缘的钢桶安全距离不够,对地放电并造成导线烧断、接地,使发电机定子接地保护动作跳机。

由于杭州华电半山发电有限公司目前未使用局部放电检测装置,故决定将其引接导线拆除。若以后要用,需要重新加装“局部放电检测装置”的引接线,且建议引接线改为硬质铜(铝)排连接。

另外,查找S109FA机组跳机原因时,建议先查ECS上的电气报警。因为,S109FA机组跳机后在机组的控制系统(MARKVI)上会出现大量报警,查看需时较长,而电气报警相对简明,容易判断。有电气报警时,可按ECS报警→就地保护屏→故障录波器→现场设备的顺序核查,相对合理、快捷。如没有电气报警,则再仔细核查MARKVI报警。