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          發電機差動保護動作原因及處理方法

                發電機的差動保護是發電機的主保護、它的安全運行關系到整個變電站系統的安全運行,因此我們就必須了解常見的發電機差動保護動作原因及處理方法、下面筆者就用龍口水電站事例來詳細分析一下發電機差動保護動作原理及具體處理方法、步驟

          一、事故概況
                (1)事故經過: 5號發電機并網狀態下帶有功負荷20 MW,無功負荷1 Mvar。某日09:56:03監控系統報“5號主變保護低壓側母線接地”;09:56:07縱差保護動作,勵磁滅磁開關分閘位置動作,出口斷路器805分閘位置動作;09:56:09勵磁變壓器電流速斷保護動作,PLC電氣事故停機流程啟動;09:56:12低電壓記憶過電流保護動作。監控系統自動執行機組電氣事故停機流程成功,發電機出口斷路器805分閘、滅磁開關分閘,導葉全關,風閘處于制動位,機組轉速降為0,接力器鎖錠裝置投入,緊急停機電磁閥動作,機組停機狀態正常。火災自動報警控制盤報發電機機壓配電室煙感報警信號。
                (2)現場檢查情況: 5現場檢查5號發電機出口斷路器、滅磁開關分閘;檢查機組調速器系統、勵磁系統、水車室、發電機風洞、中性點、集電環無明顯異常,主變壓器保護柜內主變壓器低壓側母線接地保護指示燈亮,保護柜內發電機差動保護、勵磁變壓器電流速斷保護、發電機低電壓記憶過電流保護指示燈亮,機壓配電室內發現大量煙霧,勵磁變壓器配電柜后方柜門存在放電痕跡
          放電后的電纜及配電柜
          二、原因分析及處理
          (1)原因查找
                 機組停運后對設備進行全面檢查,發現8號柜內勵磁變壓器高壓側一次電纜冷縮終端頭V相主絕緣嚴重燒損至開裂,其正下方的80530接地刀閘靜觸頭外側母排固定螺栓端部燒熔,柜內底部及兩側有大量放電痕跡。對8號配電柜至勵磁變高壓側電纜進行絕緣電阻測試,結果顯示,U、W相對地絕緣電阻合格,V相對地絕緣電阻為0。又對勵磁變壓器高壓繞組、8號配電柜內母排絕緣電阻進行測試,測試數據合格。
                對主變壓器低壓側母線接地保護及縱差保護、勵磁變壓器電流速斷保護、低電壓記憶過電流保護相應的保護參數和事故報告中動作參數進行分析,確認保護均動作正確,初步判定為發電機機端V相發生電氣故障[3]。因5號發電機未配置故障錄波裝置且保護裝置的報告只記錄故障前后100 ms的波形,無法對故障過程進行量化分析。對事故發生時相關數據復原處理后的錄波圖如圖下圖所示,根據圖 4可確認發電機故障初始階段為L2相單相接地,隨后發展為L1、L2相間短路,15 ms后故障快速發展為L1、L2、L3三相短路。結合勵磁變壓器高壓側三相電流波形分析,判斷故障點在勵磁變壓器高壓側,與現場實際檢查情況相符。
          發電機復原處理后的事故電氣量錄波圖
               綜合分析后確認8號配電柜內勵磁變壓器高壓側電纜冷縮終端頭V相絕緣被擊穿并對地放電,是此次事故的直接與主要原因。
           
          (2)原因分析,觀察擊穿電纜,分析電纜終端頭絕緣擊穿的可能原因如下:
                ①對電纜終端頭剝切銅屏蔽時,銅屏蔽斷開處有尖角毛刺未處理平整,導致絕緣介質沿面放電;
                ②主絕緣外半導體層露出銅屏蔽層長度超出標準要求,導致電場畸變;
                ③制作電纜終端頭時因操作不當產生氣隙、雜質,造成局部電場集中,發生局部放電;
                ④剝切主絕緣外半導體時將主絕緣劃傷,造成該處絕緣薄弱,導致電纜擊穿電壓降低。
           
          (3)現場處理措施
               根據電纜敷設路徑及長度,將受損電纜三相的冷縮終端頭及以下1 m切除,更換為熱縮電纜終端頭;對8號配電柜內放電導體尖端等設備進行打磨,更換柜內燒熔的螺栓、燒損的低壓電纜。對修復后的電纜進行絕緣測試,同時對發電機、發電機機端出口高壓開關柜內母線、勵磁變壓器、主變壓器等電氣一次設備進行絕緣試驗,各項試驗數據合格。將5號發變組轉為冷備用狀態,進行發電機組零起升壓試驗,檢查發變組電氣一次設備部分均無異常。
           
          三、存在的問題及預防措施
          1、一次電氣設備
                ①存在的問題:機組安裝時廠用電系統高壓電纜終端頭的制作工藝不規范。
                ②預防措施:為了確保設備的安全可靠運行,防止出現電纜終端頭放電等同類型故障,在設備停檢時,對全廠電纜終端頭尤其是廠用電系統電纜終端頭進行全面檢查,并開展絕緣耐壓試驗,如發現異常則重新進行制作;加強對后續新制作電纜終端頭的工藝質量管控。
           
          2、二次電氣設備
                ①存在的問題:發電機縱差保護動作信號持續721 ms,但監控系統未及時啟動相應的電氣事故停機流程,發電機勵磁變壓器電流速斷保護動作時,該流程才啟動。
                ②原因分析:龍口水電站監控系統PLC電氣事故停機流程設計有2種事故停機啟動源,分別為Ⅱ_BUFF量和SOE量。龍口水電站其他4臺發電機的事故停機啟動源設計均一致,而5號發電機的事故停機啟動源未按設計要求編制,僅有1種Ⅱ_BUFF量。監控系統的掃描周期受PLC模件的掃描周期和程序緩存的掃描周期影響。5號發電機PLC程序內的電氣事故啟動源采用Ⅱ_BUFF量二級緩存測點,PLC讀取該類型測點時掃描周期較長,通常需要300~500 ms。而且Ⅱ_BUFF量也需要在寄存器內寫入、讀取,因此易受信文積累的影響而導致保持時間較短的信號在事故啟動源中難以捕捉。事故發生時未啟動PLC事故停機流程,原因除掃描周期長之外,也有信文較多致報文堵塞的可能
                ③預防措施:為確保發電機縱差保護動作可靠啟動PLC電氣事故停機流程,將5號發電機監控系統PLC電氣事故停機流程啟動源按其他4臺發電機的事故停機啟動源類型進行設置,即增加SOE量啟動源。之后進行模擬試驗,SOE量啟動源啟動后信號保持400 ms以上,可保證發電機保護動作時正常啟動電氣事故停機流程。
           
          四、總結
               針對龍口水電站5號發電機勵磁變壓器高壓側電纜終端頭絕緣被擊穿并對地放電導致停機事故,采取了更換電纜終端頭、對發變組一次電氣設備進行全面檢查及絕緣測試,并在監控系統PLC事故停機流程中增加SOE量啟動源等措施。處理后,對發電機進行各項試驗均無異常,并網運行后各項參數合格且穩定,運行工況良好。本次事故原因及處理措施可為同類事故的預防及處理提供借鑒。
           

           

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