18066638562 029-86116631发电机故障分析:中性点接地方式的选择
发电机定子接地后,接地电流经故障点、三相对地电容、三相定子绕组而构成通路.当接地电流较大时,能在故障点引起电弧,造成定子绕组和定子铁芯烧伤,甚至扩大为相间或匝间短路.
因此,为了确保发电机的安全,发电机发生定子接地时,接地电流必须限制在一定范围内,使故障点不产生电弧或者电弧瞬间熄灭,避免单相接地故障发展成为相间或匝间短路,烧坏定子铁芯和绕组绝缘.
由于发电机及发电机端所连接设备和装置存在大小不等的对地电容,当发电机组发生单相接地等不对称故障时,接地点流过的故障电流即上述对地电容电流.该电流一般为数安或数十安.发生故障时,故障处产生弧光过电压,将损伤发电机定子绝缘,造成匝间或相间短路,扩大事故范围,严重的将烧伤定子铁芯.一旦烧伤铁芯,由于大型发电机定子铁芯结构复杂,修复困难,所以停机时间更长.如果说定子绕组绝缘损坏和单相接地故障是难免,由此而殃及定子铁芯则应该尽量避免,为此应设法减小定子绕组单相接地电流,同时缩短故障的持续时间.
当发电机外部元件发生单相接地故障等不对称性故障时,同发电机内部故障一样,将对发电机和其他设备造成伤害.
而中性点的接地方式,直接影响到单相接地弧光的产生和限制力度.发电机中性点采取不同的接地方式,主要目的是防止发电机和其他设备不受损害,具体有以下几方面:
①限制故障时定子一点接地电流,防止产生电弧烧伤铁芯;
②限制故障时的稳态和暂态过电压,防止设备绝缘遭到破坏;
③提供接地保护,准确灵敏的发出信号或有选择性的断开故障发电机.
发电机中性点接地方式与定子单相接地故障电流的大小、定子绕组的过电压、定子接地保护的实现等因素有关.
随着我国电力系统的飞速发展,早期采用的中性点不接地方式已不能满足需要.因此,又出现了多种中性点接地方式,在这里我们就来介绍下采用最广泛的几种主要接地方式.
2.1 发电机中性点不接地
一般10MW以下机组,可以满足发电机电压回路对电容电流的要求,采用中性点不接地方式.此种方式最简便,可以减少中性点设备,定子接地电流小,可带故障运行一段时间,故可大大提高供电的可靠性,但是不能限制弧光过电压.采用此种方式,接地故障的指示信号可以由三相五柱式电压互感器开口三角线圈零序电压给出,也可采用三个单相电压互感器提供零序电压.
2.2 发电机中性点经接地变高阻接地
这是这是目前应用比较广泛的一种接地方式,接地变压器的原边接中性点与地之间,副边接上一个小电阻, 经变压器的高变比变换后,反映到高压侧为一阻值放大的电阻,这样就构成了高电阻接地,同时电阻的造价却大大降低.同时接地变将中性点的一些电压信号如零序电压、三次谐波经降压变换成低电压信号,提供给发电机定子接地保护装置,在这里接地变压器又起到了PT的作用.这种接地方式会导致单相接地电流的增大,为保证发电机的安全,就必须使定子接地保护动作于跳闸.
2.3 发电机中性点经消弧线圈接地
当发电机电容电流较大时,一般采用中性点经消弧线圈接地,这主要考虑接地电流大到一定程度时接地点电弧不能自动熄灭,而且接地电流若烧坏定子铁芯时难以修复.消弧线圈是一种带铁芯的可调电感线圈.它接于发电机 (或变压器)的中性点与大地之间,构成消弧线圈接地系统.消弧线圈的作用是提供一个电感电流,补偿中性点不接地系统中单相接地时的电容电流, 使运行系统的单相接地故障电流就能控制在发电机允许的单相接地故障电流以内,可避免电弧重燃而造成间隙性接地过电压, 最终使接地点电弧自动熄灭,防止了大接地电流烧毁定子线圈和铁心.使发电机能带单相接地故障电流运行一段时间,提高系统可靠性,也便于维修人员排除故障.
在我国,大中型发电机中性点接地方式主要有接地变接地和消弧线圈接地,由于其特点和特性各不同,所以中性点接地方式的选择应具体问题具体分析,考虑以下几点因素综合选择.
3.1 接地故障电流问题
接地变高阻接地故障电流较大,一般认为是接地电容电流的倍,一般要比消弧线圈接地故障电流要大.接地装置就是要限制接地故障电流,这样来说势必不如消弧线圈接地,但是故障电流增大,保护灵敏度和可靠性就得到了提高,对防止发电机定子接地故障扩大化所起到的作用和消弧线圈是一样的.
消弧线圈接地故障电流小,往往可以继续运行一段时间.但是电压的升高加快了绝缘的老化,如果没有在短时间内找到并排除故障点,有可能造成故障的扩大.
3.2 过电压问题
对于过电压,国内外专家机构的认识也各不相同.从他们的实验研究结果来看,消弧线圈接地比接地变高阻接地要逊色一些,实际上我国发电机中性点消弧线圈接地都采用欠补偿,没有针对的谐振接地情况,所以不能断言孰优孰劣.
3.3 发电机定子接地保护问题
3.3.1接地投运方式
参照我国有关发电机单相接地电流允许值的规定,当接地电流超过允许电流时投跳闸,否则投信号.从这一点上看,消弧线圈接地要延长发电机带故障运行时间,而接地变高阻接地故障电流较大,将瞬时跳闸,对发电机有利,但汽轮机组启停一次对系统影响较大.我国一般120MW以下的机组只投信号,200MW的机组才投跳闸.
3.3.2发电机定子100%保护
定子100%接地保护通常采用基波零序电压和三次谐波电压构成的双频式接地保护,对于接地变高阻接地,较普遍的观点认为其将使三次谐波保护的灵敏度下降,而采用消弧线圈接地方式有助于提高基波零序电压接地保护的灵敏度.
综上所述,发电机中性点接地方式与定子接地保护的构成密切相关,还与定子单相接地故障电流的大小、定子绕组的过电压等问题有关,分析选择发电机中性点接地方式必须根据国内外的运行经验,综合考虑故障电流、过电压以及接地保护的构成等因素,选择最佳中性点接地点方式.
1由于发电机对地电容的存在,故障后接地电流过大.随着发电机容量的增大,电压等级的提高,故障的危害越大,发电机中性点必须考虑接地.
2接地方式由于发电机容量和电压等级的不同有多种接地方式,在国内大中型机组主要有消弧线圈和接地变高阻接地两种方式.
3发电机中性点接地方式的选择应参考国内外已建机组经验,综合考虑故障电流、过电压以及接地保护的构成等因素.
