大型水轮发电机定子接地方式及其继电保护的相关问题分析 陈波 史毅
水轮发电机定子绕组单相接地故障位置查找及原因分析
水电站机电技术
Vol.42 No.6
2019 年 6 月 Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station Jun.2019
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水轮发电机定子绕组单相接地故障位置查找及原因分析
杨桂周，李声宝
（东芝水电设备（杭州）有限公司，浙江 杭州 310020）
1 事故发电机基本参数
发电机基本参数见表 1。
表 1 发电机基本参数
项目 额定容量 /MVA 额定电压 /kV 额定电流 /A 额定功率因数
定子槽数
数值 57.2 10.5 3 146 0.80（滞后） 270
定子绕组接线方式略图如图 1 所示。 定子绕组为双层条式波绕组、2 支路星形连接、 F 级绝缘，定子线棒采用真空液压多胶绝缘工艺，又 称 VPR 工艺。
U1 U2
=
N1 N2
（1）
其中：N1、N2 分别为从机端、中性点开始至接地
位置的线棒串联根数。
根据匝数比，在引线较长的场合，需去除由于引
线和汇流母线的长度不同而产生的影响，再结合定
子绕组接线图便可大致确定接地点的位置。
3.2 直流加压法
通常用于接地电阻值相对较高的非金属性接
地，主要设备为 5 000 V 绝缘电阻表，接线原理图与
由表 3 可知，第二支路出现了分压现象，即可判
断此支路为故障支路。
U1 ×N= 0.053 ×90=42.2
0.113
（2）
第6期
杨桂周，等：水轮发电机定子绕组单相接地故障位置查找及原因分析
摘 要：水轮发电机定子绕组接地故障是发电机运行中常见的故障。本文针对某电站在运行过程中出现的定子绕 组单相接地故障，通过几种查找接地位置方法的比较，重点介绍了如何利用电站常用设备仪表快捷方便地找出故 障位置，以及分析导致接地故障的原因。 关键词：定子绕组；单相接地；故障位置；原因分析
大型发电机定子接地保护动作原因及应对措施
DOI：10.16660/ki.1674-098X.2018.23.001大型发电机定子接地保护动作原因及应对措施祝志翔(江苏华电扬州发电有限公司 江苏扬州 225007)摘 要：当发电机定子绕组与铁芯间的绝缘破坏，就形成了定子单相接地，这是发电机最常见的一种故障。
故障易使定子绕组和定子铁芯的绝缘烧坏，最后发展成定子绕组相间或匝间短路。
因此必须装设发电机定子接地保护。
本文简要介绍了发电机定子接地保护的基本概念、原理、动作逻辑，分析了定子接地保护在实际运行中遇到的几个动作实例，提出了需注意的主要问题及应对措施。
关键词：发电机 定子绕组单相接地 电压互感器中图分类号：TM312 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2018)08(b)-0001-021 基本概念我国发电机中性点接地有以下3种方式：不接地；经消弧线圈接地；经配电变压器接地。
在这3种中性点接地方式下，若定子绕组发生单相接地，则接地点电位为零而中性点电位升高，此时另外两相对地电压由相电压升高到另一值。
另外接地电流经故障点、三相对地电容、三相定子绕组而构成通路。
当接地电流较大时，能在故障点引起电弧，烧坏定子绕组和定子铁芯的绝缘，从而造成相间接地短路，损害发电机。
大型发电机组保护按25重点要求均需双重化配置，定子接地保护一般一套采用100%定子接地保护，另一套采用注入式定子接地保护，或者2套都采用100%定子接地保护。
100%定子接地保护其由两部分构成：一部分是基波零序电压式接地保护，其在定子绕组中性点附近接地时存在动作死区，只能反应由机端向机内约85%的定子绕组接地；另一部分是3次谐波式接地保护，能够反应中性点附近的接地，保护范围是由中性点向机内约15%的定子绕组。
基波零序电压式接地保护通常取两路基波零序电压构成与门逻辑，一路零序电压为机端TV开口三角形电压，一路为中性点TV二次电压。
此定子接地保护接线、原理简单可靠。
基波零序动作电压一般按可靠躲过发电机正常运行时的最大基波零序不平衡电压整定。
大型水轮发电机定子接地故障分析及处理
２０２０年第６期２０２０Ｎｕｍｂｅｒ６水电与新能源ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲＡＮＤＮＥＷＥＮＥＲＧＹ第３４卷Ｖｏｌ.３４ＤＯＩ:１０.１３６２２/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｎ４２－１８００/ｔｖ.１６７１－３３５４.２０２０.０６.０１９收稿日期:２０２０－０２－２４作者简介:马志忠ꎬ男ꎬ工程师ꎬ从事水电站机电设备安装与调试项目管理工作ꎮ大型水轮发电机定子接地故障分析及处理马志忠１ꎬ刘凯兵２(１.三峡机电工程技术有限公司ꎬ四川成都㊀６１００４０ꎻ２.上海福伊特水电设备有限公司ꎬ上海㊀２００２４０)摘要:某大型水电站共１８台机组ꎬ其中２台机组因定子端部电晕现象比较严重ꎬ且发生了接地故障ꎮ以其中一台机组为例ꎬ经对其接地故障情况㊁故障原因以及故障处理方法进行了详细分析与探索ꎬ为如何预防或减少类似故障的发生提出了几点有益的建议ꎮ关键词:水轮发电机ꎻ接地故障ꎻ定子铁心ꎻ故障分析中图分类号:ＴＭ３１２㊀㊀㊀文献标志码:Ｂ㊀㊀㊀文章编号:１６７１－３３５４(２０２０)０６－００６７－０４ＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＴｒｅａｔｍｅｎｔｏｆＳｔａｔｏｒＧｒｏｕｎｄｉｎｇＦａｕｌｔｏｆＬａｒｇｅ￣ｓｃａｌｅＨｙｄｒｏ￣ｔｕｒｂｉｎｅＧｅｎｅｒａｔｏｒＵｎｉｔＭＡＺｈｉｚｈｏｎｇ１ꎬＬＩＵＫａｉｂｉｎｇ２(１.ＣｈｉｎａＴｈｒｅｅＧｏｒｇｅｓＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＣｈｅｎｇｄｕ６１００４０ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＶｏｉｔｈＨｙｄｒｏＳｈａｎｇｈａｉＬｔｄ.ꎬＳｈａｎｇｈａｉ２０１１１１ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｉｎａｌａｒｇｅ￣ｓｃａｌｅｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒｓｔａｔｉｏｎꎬｓｅｒｉｏｕｓｃｏｒｏｎａｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎｉｓｏｂｓｅｒｖｅｄｉｎｔｈｅｓｔａｔｏｒｅｎｄｓｏｆｔｗｏｇｅｎｅｒａｔｏｒｕｎｉｔｓａｎｄｇｒｏｕｎｄｉｎｇｆａｕｌｔｓａｒｅｅｎｃｏｕｎｔｅｒｅｄ.Ｔｈｅｆａｕｌｔｓｉｔｕａｔｉｏｎꎬｐｏｓｓｉｂｌｅｃａｕｓｅｓａｎｄｔｒｅａｔｍｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｓａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ.Ａｌｓｏꎬｓｅｖｅｒａｌｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄｆｏｒｔｈｅｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｏｒｒｅｄｕｃｔｉｏｎｏｆｓｉｍｉｌａｒｆａｕｌｔｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｈｙｄｒｏ￣ｔｕｒｂｉｎｅｇｅｎｅｒａｔｏｒꎻｇｒｏｕｎｄｉｎｇｆａｕｌｔꎻｓｔａｔｏｒｃｏｒｅꎻｆａｕｌｔａｎａｌｙｓｉｓ㊀㊀在水力发电厂ꎬ发电机定子绕组接地故障时有发生[１]ꎮ某大型水电站左㊁右岸电站各装９台单机容量为７７０ＭＷ的水轮发电机组ꎬ是已建成的世界第３大水电站[２－３]ꎮ其中左岸电站某台机组于２０１７年１２月Ａ㊁Ｂ套定子接地保护动作跳闸停机ꎬ发生了定子接地故障ꎮ本文详细分析了此次故障原因及处理措施ꎮ１㊀故障点查找故障发生后ꎬ某电厂进行了初步排查ꎬ并立即向国调申请将该机组转检修ꎬ并组织技术人员对接地故障点进行排查ꎮ初步排查后决定ꎬ断开该发电机Ｂ相出口㊁中性点软连接ꎬ此时Ｂ相绕组的８个分支在出口端是相连的ꎬ在中性点处是分开的ꎮ测量发电机Ｂ相定子绕组电压ꎬ发现其不能升高ꎬ确定接地故障点在发电机Ｂ相定子绕组内ꎮ在发电机Ｂ相出口端与地之间施加小电流ꎬ该电流通过故障接地点形成回路ꎬ逐一测量各分支的电流ꎬ结果发现Ｂ相第７分支有电流通过ꎬ而其他分支无电流通过ꎬ因此确定故障接地点在第７分支ꎮ然后逐一测量第７分支的各线棒电流ꎬ发现第４９９槽上层线棒下端有电流而上端无电流ꎬ因此确定故障点在第４９９槽上层线棒槽内ꎮ将定子第４９９槽线棒周围的上机架盖板㊁转子上下挡风板㊁定子围屏拆除ꎬ拔出３个磁极ꎬ检查第４９９槽上层线棒ꎮ在退第第４９９槽槽楔过程中发现定子铁心窜片ꎬ并损伤第４９９槽上层线棒ꎬ该部位的铁心断片长度为２０~３０ｍｍꎬ如图１所示ꎮ第４９９槽上层线棒拔出后发现直线段下端存在一处明显划伤ꎬ如图２所示ꎮ查阅了相关岁修记录后ꎬ发现该处线棒附近对应的定子铁心拉紧螺杆自安装以来从未进行过处理ꎮ７６水电与新能源２０２０年第６期图１㊀故障点铁心窜片图图２㊀线棒划伤部位图检查还发现ꎬ定子铁心下端阶梯状铁心松动ꎬ主要表现为第２㊁３㊁４阶梯段超出１阶梯段部位ꎮ现场使用了０.１０ｍｍ塞尺检查松动深度ꎬ发现约７５％的阶梯片没有松动的迹象ꎬ１０％的阶梯片略微松动ꎬ１５％的阶梯片松动情况较严重ꎮ而且发现松动部位的端部粘胶片均存在散开的现象ꎮ松动的阶梯片如图３所示ꎮ图３㊀松动的阶梯片图２㊀故障原因分析根据以上分析发现ꎬ定子端部铁心发生松动ꎬ硅钢片在定转子之间磁拉力作用下进入定子线槽切割定子线棒是引起定子接地故障的直接原因ꎮ而引起定子端部铁心松动的原因有以下几个方面[４－５]ꎮ１)设计的原因ꎮ一是定子端部第２段至第４段阶梯片过长ꎬ压紧效果不好ꎬ容易造成铁心松动ꎬ定子端部阶梯片设计如图４所示ꎮ二是由于压指约只有一半长度位于机座上ꎬ另一半为悬臂梁结构ꎮ在拧紧压紧螺栓使铁心压紧时ꎬ必然是轭部受力较大ꎬ齿部受力较小ꎮ对于硅钢片的任一齿而言ꎬ在齿端散张力的作用下越靠近齿根压力越大ꎬ越靠近齿端压力越小ꎮ因此定子端部铁心在结构上看不易压紧㊁易松动ꎬ定子端部铁心结构如图５所示ꎮ图４㊀定子端部阶梯片设计图图５㊀定子端部铁心的结构图２)制造的原因ꎮ铁心端部阶梯冲片胶粘不合格ꎬ是本机组铁心松动的主要原因ꎮ铁心端部阶梯片在粘接过程中有以下不足:一是所使用的粘接剂不足ꎬ且操作者培训不到位ꎬ缺乏粘胶的经验ꎻ二是没有严格按照规定程序操作ꎬ固化过程中压紧不足ꎻ三是没有按照程序检查ꎬ检验不严格ꎬ仅通过目视检查ꎬ未能及时发现问题ꎻ四是没有充分考虑粘接环境对粘度和固化时间的影响ꎮ３)安装的原因ꎮ安装过程中存在以下不足:一是鸽尾筋直线度㊁半径㊁扭斜及弦距的偏差存在不满足图纸要求的情况ꎬ不利于铁心压紧ꎻ二是在叠装阶梯片的时候ꎬ有的阶梯片被弯折ꎬ使得粘接层可能有松动ꎻ三是铁心叠片压紧时预紧力可能不足ꎬ导致铁心没有压实ꎮ此外ꎬ整个机座高度不可能完全一致ꎬ再加上每一８６马志忠ꎬ等:大型水轮发电机定子接地故障分析及处理２０２０年６月个压指的高度也不可能完全一致ꎬ造成相邻压指之间高差㊁压指整圆高差㊁压指内外侧高差等存在不满足图纸要求的情况ꎬ最终导致较高的压指受力较大ꎬ较低的压指受力较小ꎮ这样容易造成压指上的硅钢片受力不均ꎬ不易完全压紧ꎬ造成铁心松动ꎮ４)运行的原因ꎮ机组运行时在气隙中存在旋转磁场ꎬ该磁场对定子铁心产生强大的径向旋转交变磁拉力[６]ꎮ在机组长期大容量运行时ꎬ铁心端部温度长期偏高ꎬ片间绝缘层会干缩ꎬ再加上阶梯片粘胶不足ꎬ会使铁心压紧度不够㊁齿部振动幅度加大ꎬ铁心齿根部机械疲劳ꎬ造成定子铁心松动ꎬ再加上硅钢片处在径向磁拉力的作用下ꎬ因此硅钢片将沿径向产生移动ꎬ进入定子线槽ꎬ慢慢向外伸长ꎬ划伤线棒绝缘ꎬ使线棒的绝缘性能越来越差ꎬ最终使４９９号定子上层线棒绝缘层击穿ꎬ造成定子接地故障ꎮ３㊀故障处理对于此次故障ꎬ电厂先后进行了临时处理和永久处理ꎮ３.１㊀临时处理根据以上分析ꎬ结合现场工作条件ꎬ临时处理方案如下ꎮ１)设备拆除ꎮ拆除基坑盖板及与之对应的上机架盖板ꎮ拆除周向对称的两个位置的８个磁极ꎮ２)清除ꎮ定子铁心和转子各部位在防护的情况下ꎬ切除长压指内径侧挡风板围屏固定块ꎬ清除压指上残留的焊缝ꎬ并保持表面平整ꎻ去除定子铁心上下端部阶梯片表面的绝缘漆ꎻ去除长短压指内径侧及底部绝缘漆ꎬ不得损伤定子冲片ꎻ将硅钢片的突出部分进行磨平和锉平ꎮ３)清扫ꎮ使用特定的工具㊁清洁剂对端部阶梯片进行清扫ꎮ４)定子端部阶梯片粘胶ꎮ现场使用的是粘度较低的胶水ＥＧ８８２环氧树脂ꎬ按照一定比例配胶后ꎬ进行涂刷㊁填充㊁装压㊁加温固化等工序ꎬ最后检查并进行铁损试验ꎮ５)安装定子端部阶梯片及压指支撑ꎬ并将定子铁心的压紧螺栓进行重新紧固ꎮ６)更换故障线棒ꎮ按定子线棒专用下线工艺嵌线ꎮ７)回装并进行调试ꎮ机组故障处理后ꎬ经过了２４ｈ的运行ꎮ经检查ꎬ发电机各项指标良好ꎮ这种处理方法ꎬ不仅使得机组可以继续发电产生效益ꎬ同时为永久处理方案的细节研究提供了充足的准备时间ꎮ３.２㊀永久处理为了避免接地故障再次发生ꎬ永久消除隐患ꎬ决定对机组进行更换铁心和线棒ꎮ简单讲就是拆除原有线棒和铁心ꎬ并按照制造厂家的最新技术文件重新装焊下压指㊁叠装定子铁心㊁安装绕组ꎮ永久处理方案关键流程如图６所示ꎮ图６㊀更换定子铁心和线棒关键流程图此次更换铁心和线棒ꎬ在机组的设计㊁制造和安装方面ꎬ做了以下改进ꎮ１)对端部阶梯片设计进行了修改ꎬ台阶进行了优化ꎮ如图７所示ꎬ阶梯数由７段增加至８段ꎬ阶梯的轴向总高度由４６ｍｍ减至４５ｍｍꎮ所有的阶梯的轴向和径向的尺寸都是５ｍｍꎮ每个阶梯段所需要粘接的铁心冲片数量由原先的６片增加为１０片(即所有冲片都需粘接)ꎮ阶梯片粘结采用了厂家提供的改进的粘接工艺和检查试验程序ꎬ确保了粘接效果ꎮ图７㊀端部阶梯片前后对比图９６水电与新能源２０２０年第６期２)压指尺寸进行了重新设计ꎮ定子铁心端部阶梯径向长度缩短ꎬ短压指长度相应增加１４ｍｍꎬ长压指尺寸不变ꎬ以保证铁心压紧效果不变ꎮ下压指共５７６根ꎬ其中３８４根短压指由之前的５２６ｍｍ改为５４０ｍｍꎬ压指到气隙的距离由５４ｍｍ减少至４０ｍｍꎮ３)下压指采用预安装调平方法ꎮ把不合格的下压指进行再加工处理ꎬ尽量避免用垫片调平的方法ꎮ压指和阶梯片安装效果如图８所示ꎮ图８㊀压指和阶梯片安装效果图４)为了以后检修时ꎬ方便铁心压紧系统的拆装ꎬ上下端所有螺母均采用非金属锁紧螺母ꎮ５)由于之前发现铁心拉紧螺杆绝缘套管内有积水现象ꎬ导致铁心拉紧螺杆绝缘螺杆的绝缘电阻下降ꎬ因此优化了下部绝缘垫圈的结构ꎬ增加了排水槽ꎮ６)定子铁心端部阶梯径向长度缩短ꎬ定子围屏从设计和材料上也做了相应的更改ꎮ７)定子线棒绝缘进行了改善ꎬ采用防晕结构与主绝缘一次成型技术ꎮ同时要求新线棒必须经过型式试验验证ꎮ８)在处理中ꎬ将原来材质为低合金钢Ｑ３４５的上压板更换为不锈钢０６Ｃｒ１９Ｎｉ１０材质ꎬ但其屈服强度相同ꎬ但更耐腐蚀㊁耐温升㊁抗磁拉力ꎮ９)在冲片制作的过程中严格控制原料㊁操作人员水平㊁制作工艺㊁测试要求以及过程监控等环节ꎮ机组更换铁心和线棒后ꎬ经过了一个汛期的运行ꎬ发现无论是制造㊁安装和运行ꎬ各方面数据均达到了优质机组 的要求ꎬ故障处理比较成功ꎮ４㊀结语与建议故障处理后机组的运行状况良好ꎬ充分验证了此次故障处理的方案是可行的㊁有效的ꎬ故决定在２０１９~２０２０岁修期对电厂另１台机组(与故障机组出自同一生产厂家)进行定子线棒和铁心更换ꎬ彻底消除定子接地的安全隐患ꎮ因定子铁心发生松动而引发的定子接地故障是发电机的一种常见的接地故障ꎬ也是后果极为严重的故障ꎮ因此如何预防或减少类似故障的发生显得尤为重要ꎬ为此提出以下几点建议ꎮ１)端部阶梯设计要充分考虑机组安装和运行情况ꎬ做到设计合理且端部阶梯片所有冲片都应该进行粘接ꎬ以提高其整体性和刚度ꎮ端部阶梯片粘接要采用改进的定子铁心端部阶梯片粘接工艺和完善的质量检查流程ꎮ２)在下压指安装时ꎬ下压指整圆高程差㊁相邻两块高程差㊁内圆与外圆的高度差㊁下压指中心与冲片齿中心的相对位置和压指齿端与冲片齿端径向距离都要符合设计要求ꎮ３)为了避免阶梯片粘接层松动ꎬ在叠装阶梯片的时候ꎬ每６人一组ꎬ分上中下ꎬ保保证阶梯片处于水平状态从上到下安装ꎬ不得弯折和 暴力 安装ꎮ此外ꎬ定子铁心应分段压紧叠装ꎬ铁心叠至设计高度时各预压一次ꎬ预压紧力要符合设计要求ꎮ４)每次机组检修时应全面检查定子铁心是否有异常情况ꎬ特别应检查铁心压紧螺栓是否松动ꎬ是否有积水ꎬ各螺栓压紧力矩是否恒定ꎮ５)定子铁心试验是检查定子铁心故障的重要手段ꎮ建议将定子铁心试验作为大修的必做试验项目ꎮ此外ꎬ在机组小修时建议用工业内窥镜检查定子铁心特别是端部铁心ꎬ以便尽早发现异常情况ꎮ参考文献:[１]孙彬ꎬ邱小耕ꎬ李佳佳.锦屏二级水电站７号机组发电机定子绕组一点接地故障分析及处理[Ｊ].四川水力发电ꎬ２０１５ꎬ３４(ｚ２):６９－７０ꎬ９０[２]姬升阳ꎬ欧阳宁东ꎬ杨仕福ꎬ等.溪洛渡水轮发电机组推力负荷测试研究[Ｊ].水电与新能源ꎬ２０１８ꎬ３２(６):５－９[３]喻文球ꎬ吴穹ꎬ靳坤.溪洛渡水电站５５０ｋＶＧＩＬ关键技术研究与应用[Ｊ].水电与新能源ꎬ２０１７(２):２０－２１ꎬ２５[４]周柯岩.浅谈大型水轮发电机定子铁芯松动和断齿成因及预处理措施[Ｊ].中国新技术新产品ꎬ２０１３(１０):１６３－１６３[５]成德明.水轮发电机定子铁心松动和断齿原因分析及预防[Ｊ].华电技术ꎬ２００９ꎬ３１(１):７－１０[６]舒均盛.水轮发电机铁心松动引发定子接地故障的分析及处理[Ｊ].大电机技术ꎬ２００６(５):６－８０７。
大型水轮发电机定子三次谐波接地保护误动防范新方法
大型水轮发电机定子三次谐波接地保护误动防范新方法
党晓强;刘华;桂林
【期刊名称】《大电机技术》
【年(卷),期】2009(000)002
【摘要】大型水轮发电机对定子绕组单相接地保护的灵敏性和可靠性要求很高.本文针对其定子单相接地三次谐波电压保护在水轮发电机运行方式变化和起停机过程中可能存在的误动情况进行分析,提出应用俄罗斯800MW汽轮发电机组三次接地保护的判据的原理可以克服以上误动.其防范误动的实质在于将基于绝缘状况的判据用于保护短路点范围的判断中,变差值保护判据为比值保护判据,使得这些绝对数值变化较大而相对数值变化不大的量造成的误动被防范.分析结果表明该判据对防范水轮发电机定子单相接地保护误动具备有效性.
【总页数】4页(P15-18)
【作者】党晓强;刘华;桂林
【作者单位】四川大学水利水电学院,成都,610065;四川大学水利水电学院,成都,610065;四川大学水利水电学院,成都,610065
【正文语种】中文
【中图分类】TM623.3
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浅谈某水电站机组定子接地保护动作原因分析及防范措施
浅谈某水电站机组定子接地保护动作原因分析及防范措施摘要：随着我国“双碳”目标的提出，水电等清洁能源将占据能源结构主导地位，同时也对水电企业设备运行维护工作提出了更高的要求。
水轮发电机组是电力系统中十分重要和贵重的设备，能否安全运行直接影响着电网的安全。
本文针对某水电站机组定子接地保护动作原因、处理过程及预防措施，以期为其他水电站处理类似问题提供借鉴。
关键词：发电机保护、定子接地保护、主变压器、电压互感器（YH）引言某水电站水轮发电机是东方电气集团东方电机有限公司生产的立轴普通伞式三相凸极同步发电机，型号为SF650-48/14500，定子绕组采用8支路星形波绕组结构，定子铁芯有576槽，线棒有1152根，每极每相槽数为3。
其中，发电机保护采用南瑞继保RCS-985GW，发电机1号保护装置配置3U0+3w原理定子接地保护，2号保护装置配置注入式原理100%定子接地保护，两套保护相互独立，保护范围交叉重叠，避免死区。
一、故障前运行方式500kV系统大姜一线1E、大姜二线2E正常运行，第一串、第二串、第三串环网运行。
10kV系统Ⅰ段、Ⅱ段分段运行，Ⅲ段、Ⅳ段联络运行，10kV Ⅰ段带Ⅴ段、Ⅲ段带Ⅵ段，400V系统分段运行。
1F机组带650MW、2F机组带650MW 、3F机组带650MW、4F机组带650MW并网运行，AGC投省调运行、AVC投生产指挥中心，计划曲线为2600MW，实际负荷为2600MW，其它设备按正常运行方式运行。
1F机组定子电压18.26kV，定子电流20808A，定子线圈平均温度61.7℃。
二、故障现象上位机报“1F机组1号保护定子接地（3U0＋3W）保护跳闸（本地屏）、1F 机组1号保护电气事故跳闸（本地屏）、1F机组2号保护电气事故跳闸（本地屏）、1F机组2号保护定子接地（注入式）保护跳闸（本地屏）、1F励磁系统灭磁开关分闸（本地屏）、1F励磁系统灭磁开关分闸（本地屏）”。
1号机组电气事故停机流程启动，机组出口断路器DL1、灭磁开关FCB跳闸，机组一级过速动作（最高转速为170.9r/min（136.72%Ne），两套测速装置一级过速节点均动作），甩负荷650MW，全厂AGC、AVC退出。
大型水轮发电机定子接地方式及其继电保护的相关问题分析
大型水轮发电机定子接地方式及其继电保护的相关问题分析摘要：本文分析了定子中性点接地方式在中国大型水轮发电机，单相接地继电保护存在问题的原则。
分析了配电变压器中性点接地方式及消弧线圈接地的优点及各自的缺点，探讨了电流双频率保护的原理及故障的原因及相应的预防措施。
注入保护及新技术的应用发展。
最后对大型水轮发电机定子接地保护技术进行了总结和展望。
关键词：水轮发电机；定子单相接地；中性点接地方式；继电保护；故障诊断1引言中国水电资源开发的规模空前扩大，大型水轮发电机作为一种重要的电源点，将更加广泛地应用于电力系统。
绝缘损坏引起的定子单相接地故障是大型水轮发电机的常见故障，约占定子故障总数的70%～80%。
当定子绕组为单相接地时，故障电流幅值和暂态过电压及保护方式与发电机中性点接地方式密切相关。
当发电机定子单相接地时，接地电流由故障点、接地电容和三相定子绕组组成。
定子电流的大小和持续时间将直接影响定子铁心的烧毁程度。
目前，在定子接地保护安装大型水轮发电机组有2种：接地故障信息作为接地保护的100%标准双频率，包括基波零序电压保护和3次谐波电压保护；外部注入保护交流电源信号的基础上。
保护动作分为2种：一种是直接作用于跳闸停止，另一种是作用于信号，故障单元在传递负载后再平稳停止。
大型水轮发电机定子单相接地保护装置涉及的许多内容是复杂的，和存在的问题，发展中的问题，如在大型水轮发电机定子中性点接地方式，单相接地保护的新技术，进行了深入的分析和评论。
2水轮发电机中性点的接地方式水轮发电机定子单相接地故障的定子和发电机中性点接地方式的损伤程度的电流密切相关，需要考虑2个问题：接地电流会造成故障扩大，将会影响到定子铁心的烧伤程度的大小和持续时间；接地故障的绝缘定子的其他位置的瞬态过电压所造成的损害，可能导致接地故障的发展阶段或匝间短路故障。
水轮发电机的三相对电容大于汽轮发电机，单相接地电流较大。
中性点经消弧线圈接地补偿流过地面以不超过允许值的电容电流，从而限制了短路电流，使保护只能停止信号由调度负荷转移，当然，也可以对动作的直接影响。
水轮发电机定子单相接地的继电保护技术分析
水 轮 发 电机 定子 单 相 接 地 的继 电保 护 技 术 分 析
罗 民 垒
（ 国网西 藏 电力有 限公 司 巴河 发 电公司 ， 西藏 林 芝 ８ ６ ０ ０ ０ 故障 是水 轮发 电机 最为 常见 的一 种 故障 ， 主要 是发 电机 定子 绕组 和铁 芯 间的绝 缘 被破 坏 所致 。因此 ， 采用 科 学
１ 老 虎 嘴 水 电 站 水 轮 发 电 机 概 况
老虎嘴水电站的装机容量 １ ０ ２ ＭＷ ， 已 经 安 装 了 ３台 单 机
情况下 ， 如果 发电机 的对地 电容加 大 ， 会 使得接 地故 障 电流加 大， 容易烧毁 铁芯 ， 保护 出口就 只能 动作于瞬时跳 闸 ， 并 冲击整
仍 然 存 在 烧 毁 铁 芯 的风 险 。
３ 水 轮发 电 机 定 子 单 相 接 地 的继 电保 护 技 术 实现
基 波 零 序 电 压 和 三 次 谐 波 电 压 两 项 技 术 已 经 在 水 轮 发 电 机 中得 到 广 泛 的 应 用 ， 而 在 引 进 国外 机 组 后 ， 外 加 电源 式 的 定
子单相接地继 电保护技术也 日益完 善。随着微机保 护的发展 ，
不 断 研 发 和 形 成 了新 型 的 继 电 保 护 技 术 ， 如 小 波 变 换 保 护 技 术
负序过 负荷 、 转子接地 、 失磁 、 轴 电流 、 励磁变 时限速 、 励磁变 压 器 过流及 温度保 护 等。对发 电机差 动 的保 护将发 电机 纵差 保 护作为 主保护 ， Ｃ Ｔ断线检测功能允许差 动保 护动作 ， 保护无 延
时动 作 于停 机 ， 且同时发信号¨ 】 Ｊ 。 对 发 电机 定 子 绕 组 单 相 接 地 的保 护 ， 要 与 发 电 机 并 网前 后 动 作 准 确 相 符 ， 保 护 出 口 动 作 于 停机 ， 且 同 时 发 信 号 。对 电 流 记 忆 低 电 压 过 流 的 保 护 ， 保 护 装
700 MW水轮发电机定子单相接地故障分析和处理
700 MW水轮发电机定子单相接地故障分析和处理徐铬;徐波;曹长冲【摘要】针对某大型水电站1台700 MW机组在正常运行期间突然发生发电机定子接地保护动作,导致该机组跳机停运的问题,通过对故障前的监测数据分析和故障后高压绝缘试验,找到了故障的原因,更换了损伤的发电机线棒和导致故障的螺栓,解决了本次故障.【期刊名称】《水电与新能源》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】3页(P43-45)【关键词】水电站;发电机;接地故障【作者】徐铬;徐波;曹长冲【作者单位】中国长江电力股份有限公司技术研究中心,湖北宜昌 443000;中国长江电力股份有限公司技术研究中心,湖北宜昌 443000;中国长江电力股份有限公司技术研究中心,湖北宜昌 443000【正文语种】中文【中图分类】TM312:TV737发电机定子绕组单相接地故障，是发电机常见的一种电气故障[1-2]。
如果发生单相接地故障后，保护未能动作，非故障相绕组对地电压升高为线电压，可能导致绝缘薄弱处发生接地形成两点接地短路，从而扩大事故。
另外，定子绕组单相接地流过故障点的电容电流还会产生电弧，可能烧毁定子铁芯，进一步造成匝间短路或相间短路，使发电机遭受更严重破坏，破坏的严重程度取决于短路电流大小和持续时间长短[3-4]。
某水电站装机容量大，处于全国电网互联的关键节点，贯通连接南北电网，全电站共装机安装32台700 MW水轮发电机组，年平均发电量为850亿kW·h，该电站右岸电站共安装12台机组，分别为东方电机厂、天津ALSTOM和哈尔滨电机厂生产制造，都是立轴半伞式结构。
其中，东方电机厂和天津ALSTOM机组定子绕组采用水冷方式，哈尔滨电机厂机组定子绕组采用空冷方式。
发生故障的机组额定容量777.8 MV·A，额定电压20 kV，额定电流22 453 A，额定功率因素0.9，三相6分支绕组波绕，共540槽，中性点通过接地变压器接地，发电机和变压器组成单元接线。
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大型水轮发电机定子接地方式及其继电保护的相关问题分析陈波史毅
发表时间：2018-05-18T09:45:26.340Z 来源：《基层建设》2018年第1期作者：陈波史毅
[导读] 摘要：本文分析了定子中性点接地方式在中国大型水轮发电机，单相接地继电保护存在问题的原则。
甘肃电投河西水电开发有限责任公司甘肃张掖 734000
摘要：本文分析了定子中性点接地方式在中国大型水轮发电机，单相接地继电保护存在问题的原则。
分析了配电变压器中性点接地方式及消弧线圈接地的优点及各自的缺点，探讨了电流双频率保护的原理及故障的原因及相应的预防措施。
注入保护及新技术的应用发展。
最后对大型水轮发电机定子接地保护技术进行了总结和展望。
关键词：水轮发电机；定子单相接地；中性点接地方式；继电保护；故障诊断
1引言
中国水电资源开发的规模空前扩大，大型水轮发电机作为一种重要的电源点，将更加广泛地应用于电力系统。
绝缘损坏引起的定子单相接地故障是大型水轮发电机的常见故障，约占定子故障总数的70%～80%。
当定子绕组为单相接地时，故障电流幅值和暂态过电压及保护方式与发电机中性点接地方式密切相关。
当发电机定子单相接地时，接地电流由故障点、接地电容和三相定子绕组组成。
定子电流的大小和持续时间将直接影响定子铁心的烧毁程度。
目前，在定子接地保护安装大型水轮发电机组有2种：接地故障信息作为接地保护的100%标准双频率，包括基波零序电压保护和3次谐波电压保护；外部注入保护交流电源信号的基础上。
保护动作分为2种：一种是直接作用于跳闸停止，另一种是作用于信号，故障单元在传递负载后再平稳停止。
大型水轮发电机定子单相接地保护装置涉及的许多内容是复杂的，和存在的问题，发展中的问题，如在大型水轮发电机定子中性点接地方式，单相接地保护的新技术，进行了深入的分析和评论。
2水轮发电机中性点的接地方式
水轮发电机定子单相接地故障的定子和发电机中性点接地方式的损伤程度的电流密切相关，需要考虑2个问题：接地电流会造成故障扩大，将会影响到定子铁心的烧伤程度的大小和持续时间；接地故障的绝缘定子的其他位置的瞬态过电压所造成的损害，可能导致接地故障的发展阶段或匝间短路故障。
水轮发电机的三相对电容大于汽轮发电机，单相接地电流较大。
中性点经消弧线圈接地补偿流过地面以不超过允许值的电容电流，从而限制了短路电流，使保护只能停止信号由调度负荷转移，当然，也可以对动作的直接影响。
发电机和主变压器单元接线或扩大单元接线方式下的补偿方法的选择（K＜1），从而限制了主变压器和辅助单相变压器低压侧接地传递过电压的高电压侧，避免零序电压保护误动。
高阻接地方式对变压器高压侧故障暂态谐振过电压和过电压转移影响有限。
当中性点附近绝缘水平下降到一定程度时，大型水轮发电机的保护可以正常运行，但高阻接地在一定程度上降低了保护灵敏度。
此外，由于高电阻接地的单相短路电流非常大，从保护信号到发电机停止退磁的过程中，短路电流仍然存在，仍有可能烧坏定子。
3基波零序电压保护
现代大容量汽轮发电机通常由发电机变压器单元接线，高压或超高压电网直接连接，因为没有电气连接的发电机和其他系统部件之间，接地电容电流相对较小，通常基于零序电压保护。
基本零序电压型保护是指在单相接地时，通过检测机器端部或中性点的零序电压来判断接地故障。
假定接地发生在定子绕组距中性点的距离上，α代表绕组从中性点到故障点到总绕组匝数的百分比，如图1所示。
则机端各相对地电压U•dA、U•dB、U•dC为
U•dA=（1-α）E•A（1）
U•dB=E•B-αE•A（2）
U•dC=E•c-αE•A（3）
因此故障点的零序电压为
图1 定子单相接地电路图
计算公式表明，零序电压故障点随故障位置的不同而发生变化。
当发生单相接地，两开口三角电压互感器端子接100V的输出电压，零序电压故障点可以表示为U D0（α）= 100α（V）（5）为三相发电机绕组电容不完全对称。
当运行中性点位移电压存在时，该方案在中性点附近有保护死区，且受保护区附近的过渡电阻接地灵敏度不高，故需要和其它原理共同构成100%接地保护。
实际测试表明，不平衡零序电压可能超过10V时，发电机在正常运行时，电压互感器饱和，有时甚至超过20V。
三谐波过滤器设置在中继，可以减少设定值，使其能够反映基波零序电压和提高灵敏度。
保护的使用也要检查高压侧系统或高压单相变压器低压系统采用零电压转换耦合电容接地，这可能会导致零序电压保护误动，通常的方法是从电压整定值和延时两系统接地保护。
4 3次谐波电压保护
4.1保护原理
在水轮发电机的正常运行中，定子绕组的感应电动势包含3次谐波电位2%～10%的E3。
3谐波电压保护是基于单相接地故障，发电机中性点3次谐波电压un3在机器US3振幅变化端，3次谐波电压不同构成保护判据。
在正常操作的un3 > US3靠近中性点，但定子接地，可以消除中点附近死区，基波零序电压保护。
3理论的水轮发电机定子谐波电压分布分析汽轮发电机规范和严谨，但定子与同一原则的保护，即接地保护的3次谐波电压的单位不同，α＜50%，30 > un3，和接地保护动作接近中性点，保护的灵敏度高。
保护装置需要2组电视机，机器末端的3谐波电压取自发电机电视的开三角形绕组，中性点的3次谐波电压取自发电机中性点电视或消弧线圈。
事实上，该判据可以独立于100%定子接地保护完成。
但是，当单位容量进一步增大时，该判据会降低单位接地电容的保护灵敏度。
水轮发电机定子多分支绕组，3绕组谐波绕组电势分布和分支构成的E3连接形式，所以等效电路的分析，只有在un3和US3的每一个具
体的单位，对具体工作的计算和分析是非常复杂的，因为3次谐波电压保护并不完全适用于水轮发电机。
4.2保护误动分析
当发电机的启动和停止、运行方式变化很大，这un3和US3会发生较大的变化，这将导致3次谐波电压保护误动作。
造成误操作水轮发电机的运行方式的变化，主要是因为3次谐波的各种动作方程可能保护操作模式适合在难以确定un3和3的比例标准与操作条件的改变，并没有一定的变化。
有一个缺乏准确的分析，我们un3随工况变化和调整系数的变化理论，很难满足无误和高灵敏度的要求，也改变励磁电流会引起3次谐波电势变化，从而解决问题是改变形式标准。
5大型水电机组转子接地保护实现方式
大型水电机组转子的额定电压比较高，可能超过500V，较高的功率和明显的交流成分，直接取出是危险的，电缆不易选择。
为了解决上述问题，国内一些大型水电工程的设计、转子接地保护和失磁保护转子电压测量及相关附件安装在励磁系统，励磁系统安装大功率电阻，转子电阻分压器远程访问保护屏柜后的发电机，转子在发电机屏柜中实现接地保护功能。
在发电机转子绕组的身体发生接地故障，转子接地保护可准确测量接地电阻值，但在长电缆发生接地故障时，不再满足转子一点接地的方程，无法准确测量接地电阻，并能准确地测量。
因此，存在一些缺陷。
为了解决上述问题，建议大型水轮发电机转子接地保护安装在室内的励磁系统，转子电压损失的保护由发射机应该被转移到接入发电机保护装置，避免长距离高压电线电缆、励磁回路的简化，也节省了远距离高电压控制电缆的成本。
6结语
大型水轮发电机定子单相接地安全保护涉及的内容很多，保护结构相对完善需要严格的科学论证。
在可靠性和灵敏度的3谐波保护存在很多问题，难以解决，外部注入保护功率信号逐渐取代3谐波保护的趋势，具有广阔的应用前景，在一定程度上代表了大型水轮发电机定子接地保护的发展方向。
参考文献：
[1]王维俭，王祥珩，王赞基.大型发电机变压器内部故障分析与继电保护［M］．北京：中国电力出版社，2006：101-201.
[2]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用［M］.2版.北京：中国电力出版社，2002：186-259.
[3]王维俭，桂林，王祥珩，等.大型发电机中性点接地方式的反思与忧虑［J］.电力设备，2007，8（11）：1-4.
[4]毕大强.大型水轮发电机定子绕组单相接地故障及保护方案的研究［D］．北京：清华大学，2003.。