一起因机端TV击穿保险击穿而引起的定子接地保护动作原因分析及对策
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摘要1号发电机在并网升压过程中，机端电压互感器二次中性点击穿保险发生击穿，由于该TV采用B相接地方式，相当于二次绕组B相接地短接，进而使得B相一次电压降低，从而导致一次系统三相电压不平衡，测得发电机中性点零序二次电压10.89V，大于定子接地保护整定值（基波零序过电压3U0=5V，延时1秒），定子接地保护动作出口。本文从实例中分析引起定子接地保护动作的原因，并探讨通过改变机端TV二次B相接地为中性点N接地方式、提高定子接地保护动作值、更换高可靠击穿保险等方法来解决此问题。
关键词电压互感器击穿保险定子接地保护原因分析及对策
1 故障情况
1.1事故经过
2008年12月22日10:24:55.239，1号发电机进行并网升压过程中，因发电机端部TV二次中性点击穿保险击穿，引起发电机一次系统三相电压不平衡，发变组两套定子接地保护装置P343同时动作出口跳开发电机MK灭磁开关和关闭汽轮机主汽门。
1.2机端TV二次接线图及短接点
送至发变组保护的机端TV二次绕组采用的是B相接地的方式（接地点在TV端子箱），二次绕组的中性点接击穿保险。本次击穿保险击穿的是TV-3的一个绕组，用于发变组保护B柜。
1.3保护动作检查情况：
1) 发变组录波装置和发变组保护A1柜、B1柜所采用的机端电压分别来自机端TV-1、TV-2、TV-3，发电机两套定子接地保护(发变组基波零序3U0)所采用的零序电压来自发电机中性点的接地电抗变压器（20000/ ×110）二次侧，定值为5V，1S。
2)定子接地保护动作信号：
A1、B1柜定子接地保护装置均显示基波零序动作出口信号；
3) 调取机组故障录波装置（TV-1）录波图：
折算至二次侧电压：VAN：17.18V，VBN：13.86V，VCN：15.55V
从上图可以看出，故障录波已测出三相电压不平衡现象，由于技术原因零序电压没有显示出来，理论分析零序电压是存在的。
4) 调取发变组保护A1柜（TV-2）故障录波图：
二次电压：VAN：22.57V，VBN：18.12V，VCN：20.33V
从上图可以看出，已出现三相电压不平衡现象，并出现零序电压。
5) 调取发变组保护B1柜（TV-3）故障录波图：
二次电压：VAN：16.71V，VBN：830.7mV，VCN：15.08V
很显然，由于击穿保险发生击穿，使TV二次B相电压几乎为零，并产生零序电压。
6) 电气专业人员检查发电机及封母未发现异常情况，摇测发电机绝缘为46兆欧，并升压至6000V，检查无异常。
2原因分析及对策：
2.1原因分析
1) 1号发电机机端TV击穿保险发生击穿的原因，一是击穿保险质量很不稳定，从事故发生后取出的云母片上明显可见有一黑点，换上从仓库领取的保险后一天，于2008年12月23日下午3点左右，该击穿保险再次被击穿。同样的击穿保险在2号发电机运行中也多次发生过击穿现象。由此，可以判定这种类型的击穿保险质量存在问题。二是1号机组停机50多天，击穿保险内部可能存在潮湿凝露现象，在升压过程中击穿保险在较低电压下被击穿接通。
2) TV二次回路快分小空开未能跳开，其原因是本次事故时机组刚起励升压，机端电压从0才升至5kV左右，二次电压约15V左右，TV二次绕组虽被短路，但因击穿保险装于端子箱内金属支架上，击穿后与地网间存在一定的电阻，使得二次绕组短路电流被限制，空气开关未能跳开，而并非空气开关拒动。
3) TV二次侧击穿保险被击穿，实际结果即该TV二次侧B相绕组被短接，由电压互感器原理可知，电压互感器二次绕组若短路，二次电流将增大，这个电流产生与一次电流相反的磁通，使一次磁通减小，感应电动势变小，一次绕组电流增加。二次短路电流越大，一次电流越大，若电气短路故障不解除，并最终可导致电压互感器烧坏。这一点，从2008年1月23日下午约3点钟更换后的16JB再次被击穿的事件中可以得到印证，当时1号机组已带满负荷，机端TV二次电压为60V，16JB保险被击穿后，约10ms时间B相的二次空气开关即可靠跳开（若空开未跳开，则将再次跳机）。23日下午15：04分，运行人员在知道空气开关跳开后，曾手动合上此空开，但一合上迅即跳开，说明此时二次短路电流较大。人为合上空气开关，相当于再次模拟了一次TV B相二次回路短路故障，从当时合空气开关时的故障录波图可以清晰的看到，发电机三相电压不平衡，导致发电机中性点零序电压达到3.732kV。这与起励时的故障现象完全类似，从另一个方面说明了本次定子接地保护动作的起因。由此可知，击穿保险被击穿后，导致电压互感器B相二次绕组被短接，使得机端B相一次电压降低，导致了电气一次系统三相电压不平衡，这从TV-1、TV-2、TV-3三组电压互感器录波图上也都可以看出。
4) 发电机两套定子接地保护装置因感受到发电机中性点基波零序电压超过整定值而动作出口，保护装置动作正确。
2.2对策
1) 是否考虑适当提高定子接地保护定值
发电机通过变压器与系统连接时，不要求与系统接地故障保护相配合，在这种应用中，NVD（中性点电压偏移）电压整定值应一般地整定为额定电压的5%，这将为95%的发电机定子绕组提供保护。如果提高动作值，只能缩减定子绕组故障保护范围，而对TV二次短路故障（如中性点击穿保险发生击穿等）造成的保护动作并无直接关联作用。
我厂发电机定子接地保护装置P343为AREVA公司生产的产品，自投产以来运行情况稳定，正确动作率100%。定子接地保护定值5V较为合理，经专家论证5V定值不宜提高。
2) 更换性能较好的击穿保险
对机端TV击穿保险进行一次全面检查，对查出有问题的击穿保险应更换成合格击穿保险或浪涌保护器，如德国V20-C-550-V20-C-550浪涌保护器，最大可承受工作电压1100V，内部配备了高能量的氧化锌压敏电阻，该压敏电阻具有较佳的非线性特性。该组件具有响应时间极短、残压低、容通电流大，寿命长和无续流的优点。其次还可在端子箱内加装温湿度控制器和加热装置，对TV端子箱内固定击穿保险的金属支架的接地电阻进行测量，并将金属支架与接地网相连接，并对其他类似情况如电流互感器二次接地情况等进行全面检查。开机前定期对发电机机端TV二次中性点击穿保险进行检测。但总的来说击穿保险击穿的可能性是永远存在的，因此更换高质量击穿保险只能减少类似故障的机率，并不能完全杜绝类似故障的发生。
3) 由B相接地改成N接地
B相接地电压互感器二次侧采用B相接地只是为了同期装置而设计，在同期回路中取消了转角变，接线也大大地简单了，发电机侧同期电压取Ucb相电压，主变高压侧取Uc相电压即可，它们相位相同。但是现在采用微机型同期装置，已不存在这样的问题了。同样电压互感器二次采用B相接地对继电保护而宜，并无明显特别优点，相反采用N相接地，只要中性线不装设仍何切换开关和触点，对微机型断线失压闭锁元件均能正常工作。在采用N相接地方式后，即可取消击穿保险，进而杜绝了因击穿保险击穿造成电压互感器损坏及保护动作的可能性。
参考文献
[1] 《电压互感器二次回路的有关问题分析》，陈久兵李振宇江苏电机工程学会 2007年9月
[2] 《大型发电机组继电保护整定计算与运行技术》，高春如，中国电力出版社，2005年11月
[3] 《P343定子接地保护装置应用说明》上海AREVA公司
作者简介
刘百鸣（1959年），男，汉族，籍贯湖南双峰，大学文化，工程师，大唐华银金竹山火力发电分公司，从事继电保护专业技术管理工作。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
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