关于定子接地保护的几个问题

电力18讯：    随着机组容量的增大，定子接地保护的重要性越来越大。继电保护和安全自动装置技术规程第2.2.4.3条规定：对100 MW及以上的发电机，应装设100%的定子接地保护。全国统计表明，已投运的100%定子接地保护正确动作率不高，且不能有效保护发电机不受损坏。其主要原因是保护投运方式不合理，动作可靠性低，动作灵敏度不高等。本文就定子接地保护的投运方式、保护动作可靠性及动作灵敏度等问题进行探讨。
1　接地保护的投运方式

　　70年代以前，定子接地保护的投运方式采用原苏联的标准，即接地电流大于5 A时投跳闸，小于5 A时投信号。80年代初，我国有关部门通过试验，制订了我国发电机单相接地电流的允许值(国家标准)［1］，见表1。

表1　发电机单相接地电流允许值
Table 1　Values of permissible single
phase ground current of generator

发电机电压/kV 允许接地电流/A　　　　　　 ≤6.3 4 10.5 3 13.8～15.75 2(氢内冷发电机2.5) ≥18 1
　　关于定子接地保护的投运方式，也参照表1规定：当接地电流超过允许电流时投跳闸，否则投信号。但由于多数运行单位不测量也不计算发电机单相接地电流，故国内的现状是125 MW及以下的发电机定子接地保护多数只投信号，200 MW及以上的发电机定子接地保护一般投跳闸。
　　此外，对于双频式100%定子接地保护，其3次谐波电压型定子接地保护(本文简称为3ω保护)经常误动，故有关部门建议3ω保护只投信号。
2　定子故障与定子接地保护

　　近几年来，定子绕组绝缘下降及绝缘破坏的故障很多。对于许多故障，虽然接地电流小于安全电流，但由于未及时处理，扩大为相间短路或匝间短路，严重损坏发电机，经济损失巨大。西北电网中曾发生多起这样的事故。
2.1　陕西秦岭电厂2号机故障
　　1993年，秦岭发电厂2号机(125 MW)大修后并网运行。转子漏水使定子绕组绝缘下降。因未装100%定子接地保护，基波零序电压型定子接地保护(本文简称为3u0保护)只投信号，故障扩大为相间故障，差动保护动作，切除了发电机。
2.2　陕西韩城电厂3号机故障
　　1997年，韩城发电厂3号机(125 MW)并网运行。发电机转子漏水，3ω保护动作(没投跳闸)。在运行人员检查的过程中，差动保护动作，切除了发电机。由于该机差动保护系BCH型，动作电流很大，致使3号机的定子线棒烧坏了一半，损失惨重。
2.3　甘肃连城电厂2号机故障
　　1995年8月，连城发电厂2号机(100 MW)并网运行。转子进水管漏水，定子接地保护未动(系不灵敏的整流型保护)，发展成相间短路，致使发电机端盖被炸开，经济损失很大。
2.4　陕西渭河电厂6号机故障
　　1997年11月，渭河发电厂6号机(300 MW)并网运行，主汽门关闭。在此过程中，定子绕组一相接地(位于机端)，定子接地保护拒动(引进的集成电路型接地保护)，发电机解列时又发生另一相定子绕组接地，致使差动保护、匝间保护动作，切除了发电机。造成定子线棒烧坏多根，定子端部铁心烧损，损失严重。
2.5　定子接地保护
　　甘肃永昌发电厂的100 MW机组也曾因定子绕组接地故障没及时切除发电机，致使发电机严重损坏。
　　1995年，陕西渭河发电厂4号机(300 MW)并网运行。发电机带100多MW负荷。在增加负荷的过程中，3ω保护动作，切除了发电机。停机后耐压试验检查，发电机绝缘良好，重新启动并投入运行。当时上级主管单位确定为定子接地保护误动。
　　后来调出记录资料表明，定子接地保护动作前，发电机一线棒的水回路被堵塞，线棒温度急剧升高，绝缘下降，该相对地电压已降低到51 V(TV二次侧)，另两相对地电压已升高到63 V(TV二次侧)，此时，如果定子接地保护不动作，运行人员将负荷加至300 MW，定子电流成倍增加，使发热呈平方关系增加，必然导致定子线棒烧坏。轻者停机抽转子处理，重者发展成相间短路。两者均会造成很大的经济损失。此后，主管单位认为定子接地保护动作正确。
　　以上事实说明：对于双水内冷发电机，转子漏水必然会造成定子绕组绝缘降低。如不及时停机，也必然会导致相间短路，烧坏发电机。
　　此外，定子绕组绝缘破坏，必定要停机处理。现在电力系统容量大，备用机组多，晚停机不如早停机好。
　　国内运行的100 MW及125 MW机组，无匝间保护。定子接地保护如投跳闸，可兼起匝间保护的作用。
　　综上所述可知：用接地电流允许值来确定定子接地保护的投运方式是不妥的；凡双水内冷的发电机均应装100%的定子接地保护，接地保护应投跳闸；100 MW及以上运行多年的老机组，定子接地保护应投跳闸；3ω保护投信号的规定不妥。
3　3ω保护
　　目前，国内运行的100%定子接地保护主要有：叠加直流式、叠加交流式及双频式。
　　叠加直流式100%定子接地保护，多用在80年代中期以前投运的大中型机组上。其优点是灵敏度高，能显示运行机组绝缘状况；缺点是发电机系统不能有接地点(包括TV一次中性点不能接地)，受冷却水导