一次发电机匝间短路保护动作的分析

作者：广州发电厂 关建民

欢迎访问e展厅 展厅 2 中小型发电机展厅 柴油发电机组, 汽油发电机, 燃气发电机组, 移动电站, ... 摘　要：简要叙述了一次匝间保护动作掉闸发电机事件，并就此进行分析，最后就防止类似故障的发生提出了一些意见。 关键词：发电机；保护；分析 1 过程 2004年2月8日，员村热电厂2号发电机在运行中匝间保护动作，跳了发变组主变高压侧开关和发电机灭磁开关，当时既无电气操作亦无系统大的干扰。现场人员分别对发电机相关的一次 系统和二次回路（见图1）作外观和测试检查未见异常，其中匝间保护用的零序电压继电器5 0 Hz动作值2 V，150 Hz动作值大于100 V（3次谐波滤过比大于50）正常。后再启动发电机，空载电压缓慢平稳升至10 000 V，观察励磁电流与正常值无异，当一投入匝间保护，发电机随即跳闸，说明故障仍存在。为便于寻找故障点，再把发电机电压从低升起到匝间保护动作，此时测量图1中5YH二次侧电压，Y接绕组B－0和C－0均为17 V，A－0为14 V，三角接绕组开口三角电压4.2 V（现场条件限制不能区分基波和三次谐波各占成分），匝间保护零序电压继电器三次谐波过滤器后的不平衡电压已达动作值2 V，遂停机进一步检测相关设备和回路，但始终找不到确实的故障点，只是感觉图1中的55TV刀闸A相接触差一些，处理以后重新开机，电压升起来后（10 000 V），测5YH开口三角电压4.2 V，匝间保护零序电压继电器三次谐波滤过器后的不平衡电压0.08 V，说明故障已经排除，再投匝间保护正常，直至发电机带满负荷也未见异常。 2 分析 发电机正常运行时，其零序电压中三次谐波为主要成分，基波成分很小（如图2所示，U1为基波电压，U3为三次谐波电压），如上面提到的最后那次测量3U0为4.2 V时，经三次谐波滤过器后，基波电压只有0.08 V。 而此前测的不平衡电压2 V，应是真实反映此时的基波不平衡电压。造成发电机三相电压不平衡（两相高一相低）的原因，有可能是发电机定子绕组发生了匝间短路，有可能是电压互感器5YH的故障，也有可能是相关一、二次回路的开路或接触不良所致，现场应由简到繁逐个排除。 测量图1中1YH二次侧三相电压值，与5YH同接法绕组所测结果一一对应比较，即可把故障区划分开来，两者相同可能是发电机及其一次回路的问题，两者异同则问题局限在5YH及其以后回路上。 测量5YH两个二次绕组出口端子电压，均得到符合规律的不平衡电压（Y接绕组b－0和c－0均 为17 V，a－0为14 V，三角接绕组开口三角电压4.2 V），说明问题出在二次回路之前的电压互感器或一次回路上。且从数值上看，也可排除断相的可能性，因为如果断相的话，Y接绕组中该相二次电压应为零，3U0也要比现测数值大得多。 如果电压互感器内部匝间短路，可通过测试绕组的直流电阻和变比检验出来，但如果短路匝 数不多或为非金属性短路，则很难得出明确结论。事实上当时现场试验的结果，也只能说明不能得出电压互感器有故障的结论。进一步通过给互感器一次侧加上三相平衡电压，测量二次值，可得出其没有稳定性匝间短路或接触不良等故障的结果。 排除了发电机和电压互感器本体故障的可能性，最后焦点集中到5YH的一次回路上，上面提 到的55TV刀闸A相接触差一些是一大疑点，理论上过大的接触电阻通过电流时可令该相的一次电压降低，造成二次输出三相电压不平衡。上面提到当二次侧差别3 V时，按变比100算，一次侧则相差300 V，电压互感器一次电流很小，不大于0.04 A，要造成300 V压降，接触电阻不小于7 500 Ω。 导体电接触的接触电阻一般由收缩电阻和表面电阻组成，其中前者（对于TV一次小电流来说 ）可以忽略，而后者涉及表面氧化膜和接触压力两方面因素，正常情况下，高压电器触头的设计压力足可以压穿氧化薄膜层，一次触头所处的较高电场中，薄膜层间的电场强度极易把膜击穿，因此，接触压力往往在接触电阻中起主要作用。由接触电阻的经验计算公式： RC = KC /（0.1F）m （μΩ） 式中：KC——与接触材料有关的系数，对于铜－铜，可取80～140； F——接触压力（N）； m——与接触形式有关的系数，对点、线、面接触，分别取0.5、0.7、1。 可算出上例（当RC =7 500 Ω时）刀闸A相动、静触头的接触压力1.3×10 -7N，如此小的数值，说明其时触头仅是轻微接触但又未完全分离，由此形成较大的接触电阻，这可能是这次引起匝间保护误动作的原因。由于电压互感器一次电流很小，其电源刀闸最小规格也有几百安培，故一般对刀闸触头接触要求不高，但因其安装地点存在着一定程度的震动，刀闸触头的锁紧装置有可能在这些应力的长期作用下发生松动，从而造成接触不良，最后派生出其他问题。 3 结语 由于测量一次回路接触不良引起匝间保护动作跳发电机事件较为罕见，但从零序电压型匝间 保护动作机理看，它对所检测到的不平衡电压不能分辨是发电机输出所为还是电压取样回路问题所致，而通常的断相闭锁只对缺相故障作出反应，故发生上述的“误动”不足为怪。要解决这个问题，除了加强设备维护外，在技术上可以考虑对保护装置作一些改进，如利用计算机技术，定量比较分析发电机两组TV电压，当匝间保护组TV电压异常而另一组TV电压正常时发出闭锁指令，这里说的异常，包括由一、二次电路压降和TV断相等因素引起的电压下降，这样就可躲过一些“误动”，提高这个保护的可靠性。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (8/16/2005)