发电机三次谐波定子接地保护动作的原因分析

李雷红;张国情

【摘 要】介绍了某发电公司发生的一起发电机三次谐波定子接地保护动作事件,从设计缺陷、关闭步骤有误、内漏缺陷、经验反馈等方面分析了事件原因,并提出了一系列有效的防范措施,可为同类型机组的类似情况提供借鉴. 【期刊名称】《电力安全技术》 【年(卷),期】2019(021)006 【总页数】3页(P22-24)

【关键词】发电机;三次谐波定子接地保护;防范措施 【作 者】李雷红;张国情

【作者单位】靖远第二发电有限公司,甘肃白银730919;靖远第二发电有限公司,甘肃白银730919 【正文语种】中 文 【中图分类】TM862

1 机组概况

某发电公司3期2×330 MW 7，8号燃煤发电机组于2007年投产发电，发电机组型号为QFSN-300-2，冷却方式为水氢氢冷却，其中定子线圈为水内冷，转子线圈、定子铁芯为氢冷。定子线圈冷却水采用除盐水，设计水质要求：电导率，0.5—1.5 μS/cm；pH 值 (25 ℃)，7—8。同时，对发电机内冷水导电度有严格的

要求，导电度过大会引起泄漏电流，加速发电机定子线圈绝缘引水管的老化，严重时会使发电机定子发生接地，导致机组跳闸。 2 发电机三次谐波定子接地保护原理

由于发电机的制造原因，无法消除三次谐波电势，利用这个特征量可构成100 %定子接地保护，其保护由2部分组成：

(1) 基波零序电压元件，保护范围从机端到中性点85 %范围以上；

(2) 利用三次谐波电势构成定子接地保护，可消除基波零序电压元件保护不到的死区，一般可保护发电机中性点至机端20 %以上的接地故障。

由于发电机中性点附近发生的接地故障电流小，对机组伤害小，不必立即跳闸停机，因此三次谐波定子接地保护一般只投信号，不投跳闸。

在发电机正常运行中，发电机中性点侧的三次谐波电压ΜN3总是大于发电机机端的三次谐波电压ΜS3，假设发电机定子绕组发生单相接地，接地发生在距中性点a范围处，ΜS3及ΜN3随a的变化曲线如图1所示。 图1 ΜS3及ΜN3随a的变化曲线

由此可知，如果利用机端三次谐波电压作为动作量，而用中性点侧三次谐波电压作为制动量来构成接地保护，且以ΜS3≥ΜN3作为保护的动作条件，则当中性点附近发生接地时，保护将具有很高的灵敏度。采用这种原理构成的接地保护，可以反映定子绕组中性点侧约50 %范围以内的接地故障，且故障点越接近中性点，保护的灵敏度越高。 3 事件经过

2018-04-10T17:30，8号发电机内冷水箱水位低报警，运行人员启动凝输泵给内冷水箱补水。

17:41，8号机组盘前发“发变组保护出口动作”报警光字。查电子间发变组保护A，B柜均发“发电机定子三次谐波接地”信号报警，运行人员立即停止内冷水箱

补水并联系检修检查发电机定子三次谐波接地故障原因，通知化学测内冷水水质。 18:00，化学人员分析8号机内冷水水质严重超标，其中：硬度为20 μmol/L；电导率为42 μS/cm；pH值为10.04。

18:30，检修人员检查发变组保护A，B柜，显示发电机机端三次谐波电压与中性点侧三次谐波电压之比ΜS3/ΜN3=2.68/2.28=1.175，大于继电保护整定值1.105。检查发电机基波零序电压值，发现该值于17:41由2.0 V突升至2.45 V，确认发电机保护正常出口，发电机中性点侧发生泄漏性接地。

18：40，化学人员对内冷水补水水质进行化验，结果为电导率、pH值均严重超标，补水有明显的氨、联胺药液气味。

18:50，运行人员启动凝输泵，通过内冷水补水门前的排污门，对凝输泵至内冷水补水管路进行冲洗。

20：00，化学人员分析8号机内冷水补水水质，其中：硬度为0 μmol/L；电导率为8.2 μS/cm；pH值为9.62，补水水质开始好转。

20:30，运行人员对8号机内冷水箱进行补排水，开始大量换水。 21:05，化学人员停运8号机给水加药系统。

22:30，化学人员分析8号机内冷水补水水质，其中：硬度为0 μmol/L；电导率为0.64 μS/cm；pH为7.92，内冷水补水水质合格。分析号8号机内冷水水质，其中：硬度为0 μmol/L；电导率为13.5 μS/cm；pH值为9.61，电导率数值明显下降，指标持续好转。

23:13，发变组保护A，B柜“发电机定子三次谐波接地”信号复归，ΜS3/ΜN3＜1.1，盘前“发变组保护出口动作”报警光字消失。

2018-04-11T03:00，化学人员分析8号机内冷水水质，其中：硬度为0 μmol/L；电导率为1.30 μS/cm；pH值为7.82，发电机内冷水水质合格，停止换水。 4 原因分析

4.1 设计缺陷

如图2所示，凝输泵至发电机内冷水箱补水管路设计存在缺陷。发电机内冷水箱补水与锅炉充水在同一管路上，锅炉充水门前接有给水加氨及加联胺门，氨及联胺容易串入发电机内冷水箱补水管路，造成水质污染。 图2 发电机内冷水箱补水管路

该机组投产以来，在2015年下半年就发生过1次内冷水污染事件。由于当时水质污染不严重，并未引起相关专业管理人员的足够重视，机组停运

后未对内冷水补水管路进行改造。这就遗留下了设备隐患，加大了运行人员的防控难度。

4.2 关闭步骤有误

锅炉充水结束后，若先关闭充水门，再关闭加氨及加联胺门，将使氨及联胺药剂进入凝输泵出口管道，即进入发电机内冷水箱补水水源管路中、污染发电机内冷水箱补水水源。当发电机内冷水箱补水时，带有氨和联胺的除盐水将补入内冷水箱中，从而污染内冷水水质，导致内冷水电导率严重超标，发电机中性点绝缘薄弱，泄漏电流增大，发生接地。 4.3 存在内漏缺陷

在确认内冷水补水水质污染的情况下，对补水管路进行排污冲洗，历时2 h内冷水补水水质仍未达标，直至联系化学人员停运给水加药泵后补水水质才开始迅速好转。4月11日,通过试验确认锅炉充水门前加氨及加联胺门存在内漏。加药系统投入后，药液持续进入发电机内冷水箱补水管路中并积累，内冷水补水时进入水箱，这也是造成此次内冷水质严重污染的重要原因。 4.4 经验反馈不到位

运行人员未吸取2015年发生的内冷水污染事件教训，在机组启动后，发电机内冷水箱首次补水前未联系化学化验补水水质，导致含有大量氨及联胺药液的除盐水补

入内冷水箱中。 5 防范措施 5.1 更换备件

由于系统无法隔离，锅炉充水门前加氨及加联胺门内漏缺陷在运行中暂无法处理，故暂时停运8号机给水加药系统，防止高压药水进入发电机内冷水箱补水管路中，化学人员通过调整凝结水系统加药量控制给水水质。待停机后更换8号机锅炉充水门前加氨及加联胺门。 5.2 开展管路改造

机组停运后进行管路改造，将加氨及加联胺门接至锅炉充水门后，且将发电机内冷水箱补水管接至靠近凝输泵出口处，消除设计缺陷，解决除盐水至7，8号发电机内冷水箱补水水源品质问题。 5.3 加强人员培训

在机组启动过程中及启动正常后的首次发电机内冷水箱补水前，要求工作人员先对内冷水补水管路进行冲洗，并待化学人员化验水质达标后再进行补水，防止补水管路中沉积的不合格除盐水进入发电机内冷水系统。 5.4 加装在线测量装置

DL/T 801—2010《大型发电机内冷却水质及系统技术要求》4.7条规定：“内冷却水系统应有电导率、pH值在线测量装置并传送至集控室显示。”因此，需要加装在线测量装置，实现对内冷水电导率、pH值的在线监测。 6 结束语

大型同步发电机的安全运行对保证电力系统的正常运行和电能质量起着决定性的作用，同时发电机本身也是一个十分贵重的电气设备，容量在100 MW及以上的发电机必须装设保护区为100 %的定子接地保护。分析了引起8号发电机三次谐波定子接地保护动作的原因，深究其根源，提出了一系列有效的预防措施，排除了安

全隐患，保障了发电机组的安全运行。

【相关文献】

1 贺家李．电力系统继电保护原理:第4版 [M]．北京：中国电力出版社，2010.

2 国家能源局．大型发电机内冷却水质及系统技术要求：DL/T 801—2010 [S]．北京：中国电力投资出版社，2010.