一起发电机刀闸熔断接地故障保护动作分析及改进措施

中国南方电网调峰调频发电公司天生桥水力发电总厂的研究人员周红斌、朱建伟、王华有，在2018年第1期《电气技术》杂志上撰文，介绍了一起发电机出口刀闸熔断间隙性接地故障的继电保护动作行为情况。

通过对继电保护装置、故障录波数据及现场SOE记录数据的详细分析，发现了故障未及时切除的原因。建议重视对发电机电气参数的测量，包括中性点消弧线圈电感、电阻及测量PT变比，机端设备对地电容等。根据测量数据对发电机定子接地保护电压值、保护延时进行详细校核。

某电厂#5、#6发电机扩大单元接线经#3B主变并入500kV系统，发电机机端接有开关、刀闸，简化接线如图1。其中#6发电机配置2套电量RCS-985GW和1套非电量RCS-974AG保护装置，定子接地保护零序电压取自发电机中性点消弧线圈电压互感器261XHQ和机端电压互感器263YH。#3B主变配置2套电量RCS-978C和1套非电量RCS-974AG保护装置，RCS-978C零序电压取自主变低压侧电压互感器254YH、264YH。

某年，#6发电机发生一起发电机出口刀闸262 C相熔断导致母线接地的故障，发电机保护装置定子零序电压保护动作，跳开出口开关。在这起故障继电保护动作过程中，由于发电机刀闸熔断间隙性接地、定子接地保护定值的原因，保护未及时动作切除故障。本文将介绍这起发电机出口刀闸接地时继电保护动作行为，分析保护行为原因及采取的对应措施。

图1#6发电机简化接线图

1继电保护动作过程及分析

1.1继电保护动作过程

某年某月某日15时29分15秒，电厂#6发电机出口刀闸发热熔断间隙性接地，15时30分11秒，#6发电机2套保护95%定子接地保护动作，启动程序停机。15时30分19秒，#6发电机出口开关跳闸。在刀闸接地过程中#3主变保护共出现三次零序电压报警。

经提取电厂SOE记录及#6发电机、#3主变故障录波，以264YH二次电压为基础进行本次故障继电保护动作行为分析，故障详细时序如图2，264YH电压数据如表1。

图2 #6发电机刀闸接地故障时序图

表1 #3主变低压侧电压互感器264YH二次电压

根据录波图，本次故障过程共分为10个节点：

1）15:29:15.516，发电机保护装置启动，此时主变低压侧零序电压为66.71V（刀闸熔断和开关跳闸前，电压互感器263YH、264YH在同一个电位点，即电压值相等），发电机保护动作报告机端零序电压78.29V，中性点零序电压64.24V；

2）15:19:43.4832，#3主变保护第一次低压零序电压报警，零序电压38.84V。即故障初期，发电机出口刀闸C相接地为间隙性，机端零序电压未能满足零序电压报警延时要求（如图3），故在发电机保护启动28s后，主变保护才发零序电压报警；

图3 #6发电机刀闸接地故障时电压录波图

3）15:29:45.4841，#3主变保护零序电压报警第一次复归，机端零序电压49.76V，此时的报警复归也正是刀闸间隙性接地所致；

4）15:30:04.068，#3主变保护装置第二次低压零序电压报警，机端零序97.31V；

5）15:30:11.4053，发电机2套保护启动后56s定子零序电压保护动作（如图4），保护出口启动机组程序停机，先关导叶减负荷再灭磁解列，此时机端零序电压98.59V；

图4 #6发电机继电保护装置动作报告

6）15:30.18.2022，发电机C相电流消失，即刀闸C相已熔断，主变零序电压85.07V，表明在刀闸的主变侧仍有接地；

7）15:30:19.214，在发电机程序停机过程中，#3主变保护零序电压报警第二次复归，零序电压1.23V，刀闸主变侧接地消失；

8）15:30:19.2744，发电机定子接地保护动作后8s，跳出口开关，A、B相电流消失，此时主变零序电压为1.21V；

9）15:30:45.8527，#3主变保护装置第三次低压零序电压报警，主变零序电压59.61V，进而说明刀闸C相熔断后主变侧继续出现接地；

10）15:30:56.7048，#3主变保护低压侧零序电压报警第三次复归，刀闸C相接地消失。

1.2继电保护动作行为分析

#6发电机RCS-985GW定子接地保护由基波零序电压和三次谐波电压构成100%定子接地保护。基波零序电压保护取中性点零序电压为动作量，共设置两段，其中灵敏段需经机端零序电压闭锁，保护动作条件同时满足中性点基波零序电压和延时，当延时不满足时，定子接地保护启动元件返回[1]。

这起故障过程10个节点中电压互感器264YH零序电压3U0在不断变化（如表1），最大98.59V，接近机端金属性接地零序电压100V，最小1.23V，与机组正常运行时零序电压一致，故此次故障为机端出口刀闸C相间隙性接地。

正是由于零序电压的不稳定，#3主变保护RCS-978C低压侧零序电压共发出了三次告警，发电机保护RCS-985GW在故障发生后56s“定子零序电压”才动作出口启动程序跳闸停机，期间零序电压虽大于定子接地保护定值灵敏段10V、高定值段20V，但均由于不满足延时5s要求，所以定子接地启动元件不断启动、返回。

2定子接地保护定值复核及改进措施（略）

图5发电机保护定子接地保护各侧电压采样

本次故障发电机保护RCS-985GW未及时切除故障的主要原因在于定子接地保护定值不合理。主要为电压值整定计算时未使用正确数据、保护延时未按照“导则”要求取0.3s～1.0s。

改进建议：

目前国内发电机定子接地保护的电压值、延时普遍采用躲过主变高压侧传递过电压而整定[3][4]，未充分考虑现场参数实测影响因素。本文故障分析过程中发现了中性点消弧线圈PT零序电压量偏低的问题，建议保护定值整定计算时，应实测相关电气参数[5]，如本次故障如若中性点PT变比准确，基波零序电压定子接地保护可能更早动作跳闸，也可减少设备损失[6][7]。

同时，定子接地保护延时的整定，为确保区外故障保护不误动[8][9]，不仅仅需考虑计算的传递过电压值及过电压衰减情况，还需结合生产实际情况，综合考虑实测参数变化的因素，在保证保护不误动的前提下，尽量缩短保护延时[10]。

3结论

近年来，发电机定子接地故障是发电机最频繁故障之一，定子接地保护定值整定的合理性，直接影响发电机安全运行。本文结合某电厂一起发电机出口刀闸熔断接地保护跳闸事件，分析了故障继电保护动作行为，并就发现的定子接地保护定值、设备实测参数的问题，结合《导则》从提供了发电机定子接地保护定值整定的一种方法，进而保证电厂设备的安全和电力系统的稳定运行。