定子单相接地故障（精选10篇）
定子单相接地故障 篇1
0 引言
定子单相接地故障是发电机组比较常见的故障形式。目前在现场得到广泛应用的定子单相接地保护原理包括基波零序电压定子接地保护、3次谐波电压型定子接地保护和注入式(20 Hz或12.5 Hz)定子接地保护原理,这些保护原理均不具备故障定位功能。以往进行故障排查时,只能作如下简单判断:①当机端基波零序电压接近100 V时,判断接地故障位置在发电机机端侧;②当3次谐波电压比率型定子接地保护动作时,判断接地故障位置在靠近发电机中性点侧。对于定子绕组经过渡电阻接地的故障,则难以实现故障定位。
文献[1]提出了一种发电机定子绕组单相接地故障定位方法,并且通过动模试验验证了其正确性和有效性。该方法由注入式定子接地保护原理计算出接地过渡电阻值,再利用接地故障位置与发电机零序电压、故障相相电压、对地电容及接地故障过渡电阻之间的关系,计算出具体的故障位置。文献[2]也提出了类似思路。该类方法需要借助于注入式定子接地保护,而现阶段注入式定子接地保护一般只在特大型机组上得到应用,因此,该类方法的应用范围受到了限制。
本文提出一种不依赖于注入式原理的定子单相接地故障定位方法,针对中性点接地电阻值不大于定子三相对地容抗的发电机,通过比较机端三相对地电压的大小判断接地故障相,进一步求得定子接地故障过渡电阻,进而求得定子接地故障位置。
1 定子单相接地故障分析
假设发电机三相绕组对地电容相等,以定子绕组A相经过渡电阻rf接地为例,如图1所示,分析定子单相接地故障时的电气特征。图中:RN为发电机中性点接地变压器二次负载电阻折算到一次侧的电阻值;rf为定子接地过渡电阻值;CgΣ为发电机电压系统每相对地总电容值;
由图1可得:
当发电机三相电动势对称时,有
令发电机电压系统三相对地总容抗XC=1/(3ωCgΣ),则由式(2)可得:
当忽略发电机定子绕组上的压降时,将机端各相对地电压用故障相(A相)电动势
显然A和B均不小于0,因此,比较式(4)—式(6)可知,当存在一定的过渡电阻时(当过渡电阻rf或接地位置α为0时,
由式(9)可知,接地故障相对地电压未必最低,与XC、接地故障位置、RN及过渡电阻的大小有关。
以定子绕组A相α=50%处接地故障为例,按RN和XC大小接近、RN远大于XC这2种情况进行分析,发电机机端三相对地电压与过渡电阻的关系如图2所示。由图2(a)可见,当RN和XC大小接近时,
目前,国内大型发电机大多采用中性点通过接地变压器接地的方式,为了限制2.6倍动态过电压,通常按照RN≤XC来设计[3],因此,式(9)恒大于0,即
可见,对于RN≤XC的发电机,定子绕组A相接地故障时,A相电压最低,当过渡电阻较大时,C相电压最高,B相电压大小介于A,C相之间。
同理,B相接地故障时,B相电压最低,当过渡电阻较大时,A相电压最高,C相电压大小介于A,B相之间;C相接地故障时,C相电压最低,当过渡电阻较大时,B相电压最高,A相电压大小介于B,C相之间。
综上所述,对于RN≤XC的发电机,定子单相接地故障时,故障相的机端对地电压最低。
2 定子接地过渡电阻计算
同样以A相接地故障为例,分析接地过渡电阻的计算方法。
最高相电压(C相)与故障相电压(A相)的平方差为:
最高相电压(C相)与次高相电压(B相)的平方差为:
令
则由式(11)与式(10)相除可求得接地过渡电阻rf为:
同理,对于B相接地故障,式(13)中k的计算式为:
对于C相接地故障,式(13)中k的计算式为:
当过渡电阻很小时,式(8)可能接近于0,非故障相的电压可能比较接近,考虑各种误差环节,理论上的最高相和次高相不一定成立,k的分子可能为负,此时可直接将k和rf置为0。
3 定子接地故障位置计算
由式(3)可得接地故障位置α的计算式为:
由于接地故障位置α为一个百分数(实数),因此,为了简化计算,接地故障位置可直接取式(16)的模值,即
式中:
忽略发电机定子绕组上的压降,
对于发电机中性点附近的定子接地故障,零序电压值可能很小,无法启动故障定位,需要借助于3次谐波电压比率型定子接地保护,此区域为3次谐波电压比率型原理的保护范围,根据3次谐波电压比率型定子接地保护的动作行为,即可判断故障位置在中性点附近。
4 现场录波数据验证
利用本文方法对多个电厂(包括火电和水电机组)实际发生的发电机定子接地故障进行定位,接地位置计算结果也与实际故障位置基本吻合。下面以江苏某电厂的1台330 MW火电机组为例,介绍录波数据的分析情况。
该机组中性点接地变压器的变比为20 kV/230 V,二次负载电阻为0.51 Ω,XC为4 534.3 Ω,RN为3 856.3 Ω。2004年12月,该发电机组发生了一次定子绕组C相经过渡电阻单相接地故障,2套基波零序电压定子接地保护均正确动作并且记录下了故障时的相关电压波形。
保护动作时的机端三相对地电压和中性点零序电压波形如图3所示。可见,C相电压最低,B相电压略高于C相,因此,可以判断故障相为C相,与实际故障相别完全吻合。
图4—图6均由图3波形数据求得,第1个周期的数据无效,直接置为0,3个多周期后的计算结果产生波动的原因是由于定子接地保护已经动作,将发电机从系统中切除并开始灭磁。
经现场故障排查,定子接地故障点在定子C相第33号线棒,大致估算的接地位置为距中性点80%左右处,考虑配电变压器短路阻抗、发电机定子绕组压降、定子对地电容误差等因素的影响,图6所示的计算结果与实际故障位置基本吻合,验证了本文定子单相接地故障定位方法的正确性。
5 结语
本文提出了一种定子单相接地故障定位方法。可求得定子接地故障过渡电阻及定子接地故障位置,为故障排查提供定性参考。现场定子接地故障录波数据验证了该方法的正确性。
该方法不依赖于注入式定子接地保护原理,且不受发电机结构、绕组磁势分布的影响,与3次谐波电压比率型定子接地保护配合即可实现整个定子绕组的单相接地故障定位。目前,国内发电机大多按照RN≤XC的原则来设计,因此,本文方法可广泛推广应用。
参考文献
[1]毕大强,王祥珩,李德佳,等.发电机定子绕组单相接地故障的定位方法[J].电力系统自动化,2004,28(22):55-57.BI Daqiang,WANG Xiangheng,LI Dejia,et al.Locationdetection for the stator single-phase ground fault of a generator[J].Automation of Electric Power Systems,2004,28(22):55-57.
[2]王翔,张成,沈全荣.一次典型的定子接地故障分析与优化保护原理[J].电力系统自动化,2006,30(11):52-55.WANG Xiang,ZHANG Cheng,SHEN Quanrong.Typicalanalysis of stator ground fault and principle of optimal protection[J].Automation of Electric Power Systems,2006,30(11):52-55.
[3]王维俭.电气主设备继电保护原理与应用[M].2版.北京:中国电力出版社,2001.
定子单相接地故障 篇2
在小电流接地的配电网中，一般装设有绝缘监察装置。当配电网发生单相接地故障时，由于线电压的大小和相位不变（仍对称），况且系统的绝缘水平是按线电压设计的，所以不需要立即切除故障，尚可继续运行不超过2h。但非故障相对地电压升高1.732倍，这对系统中的绝缘薄弱点可能造成威胁。此外，在仍可继续运行时间内，由于接地点接触不良，因而在接地点会产生瞬然熄的间歇性电弧放电，并在一定条件激励下产生谐振过电压，这对系统绝缘造成的危害更大。为此，必须尽快处理排除单相接地故障，确保电网安全可靠运行。1 单相接地故障的特征 单相接地
（1）配电系统发生单相接地故障时，变电所绝缘监察装置的警铃响，“××母线接地”光字牌亮。中性点经消弧线圈接地的，还有“消弧线圈动作”的光字牌。（图1）
（2）当生发接故障时，绝缘监察装置的电压表指示为：故障相相电压降低或接近零，另两相电压高于相电压或接近于线电压。如是稳定性接地，电压表指示无摆动，若是电压表指针来回摆动，则表明为间歇性接地。
（3）当发生弧光接地产生过电压时，非故障相电压很高，电压表指针打到头。同时还伴有电压互感器一次熔丝熔断，严重时还会烧坏互感器。
但在某些情况下，配电系统尚未发生接地故障，系统的绝缘没有损坏，而是由于产生不对称状态等，绝缘监察也会报出接地信号，这往往会引起误判断而停电查找。2 单相接地信号虚与实的判断
（1）电压互感器高压熔断器一相熔断报出接地信号时，如果故障相对地电压降低，而另两相电压升高，线电压不变，此情况则为单相接地故障。
（2）变电所母线或架空导线的不对称排列；线路中跌落式熔断器一相熔断；使用RW型跌落式开关控制长线路的倒闸操作不同期等，均会造成三相对地电容不平衡，从而使中性点电压升高而报出接地信号，此情况多发生在操作时，而线路实际上并未发生接地。
（3）在合闸空母线时，由于励磁感抗与对地电抗形成不利组合而产生铁磁谐振过电压，也会报出接地信号。此情况多发生在单相断线，间歇性弧光接地等引起的谐振过电压所致，而系统并未发生接地故障。
（4）当10kV线路遭受雷击而产生弧光接地时，使健全相电压互感器电压突然升高，线圈流过很大励磁涌流，使互感器铁心磁饱和，导致线圈电感减少，感抗降低。当感抗小于容抗，健全相互感器铁心磁饱和后，会使中性点电压升高，这时绝缘监察也报出接地信号，实际上电网并未发生接地。
（5）10kV电网运行中，由于单相导线断线；避降调荷时的人为“缺相运行”；大功率单相设备的投运等，均会造成三相负荷的严重不平衡，从而导致中性点电压升高，此时绝缘监察也报出接地信号，而电网并未发生接地。
（6）10kV线路遭受雷击时，由于电场发生突变，导线上束缚电荷变成自由电荷，向导线两侧以近似光速运动，形成过电压进行波而产生感应过电压。此进行波到达线路避雷器时，当冲击电压大于避雷器放电电压时，间隙击穿放电电压受到限制。但由于避雷器放电间隙伏安特性不一致，阀片非线性系数不同及制造工艺的影响等，使各相避雷器放电电压、残压、灭弧电压不等，导致放电有快有慢而出现三相电压不平衡，从而使中性点电压升高，报出接地信号，然而电网并未发生接地故障。3 单相接地故障的处理
在小电流接地电网的运行中，当发生单相接地故障，绝级监察报出接地信号时，运行值班人员应沉着冷静进行处理。根据信号、电压表指示、天气情况、运行方式等进行综合分析，区分接地信号的虚与实。并及时向上级调度和领导汇报，做好有关现象的记录。
在进行判断处理时，首先应根据接地故障特征，判明故障性质与相别。其次进行分网运行，缩小停电范围，在分网运行时应考虑各部分之间功率平衡，继电保护配合等因素。而后再检查所内电气设备有无故障：如设备瓷质部分有无损坏，有无放电闪络；设备上有无落物、小动物及外力破坏现象；有无断线接地。再检查互感器熔丝有无熔断，避雷器、电缆头有无击穿损坏等，在确定所内设备无问题的前提下，用瞬停依次拉闸查找法。
目前，有些35kV变电所10kV出线装有接地信号装置，或微机选线装置，当装置正常投入运行时，接地故障线路是很容易区分查出。若是出线未装接地信号装置，其查找处理办法是：依次断开10kV线路母线的分路开关，如断开某路开关接地信号消失，绝缘监察电压表指示恢复正常，即表明所停电线路有接地故障，即可安排消除故障。
假如瞬停分路开关后接地信号仍然存在，说明接地故障不发生在此线路，应立即恢复供电，再依瞬停其他线路，千万不可将所有出线全部断开进行查找。如是将所有10kV出线开并全部断开，就是切除所有出线的对地电容电流，这样会造成系统电容电流的大幅度降低，导致残余电流过大，消弧线圈失去消弧作用，从而在接地点产生间歇性弧肖放电，引发产生过电压，威胁设备绝缘安全。为此，采用瞬停查找法时，千万不可全部断开出线开并查找，而是停一路查一路，恢复供电后再停另一路。
定子单相接地故障 篇3
关键词：小电流接地系统；故障选线
中图分类号：TM713 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）18-0107-02
小电流接地系统就是中性点非直接接地系统，包括了中性点不接地系统、经消弧线圈接地系统以及经高阻接地系统。由于技术水平等因素的影响，不同国家在电网建设中对中性点的处理方式具有很大差异。
在我国的3～66 kV中低压配电网中，通常采用中性点不接地系统或者经消弧线圈接地系统。据相关统计数据表明，在电网系统故障中，单相接地的故障所占比例最高，达80%以上，而在小电流接地系统中，单相接地故障的发生，不会形成短回路，三相线依然可以继续供电，但是随着电网建设的推进，由于没有可靠的选线方法，小电流接地系统单相接地故障越来越复杂，而现有的配电网自动化系统，无法定位小电流接地故障，因而影响了小电流接地系统的使用。
1 小电流接地系统单相接地的故障特征
1.1 中性点不接地系统单相接地故障
在现有的配电网系统中，电源的三相电动势相同，而电网的线电压为电源两相电动势的差。
在日常运行中，每条线路与大地之间的电容一样，中性点没有电压，当单相接地故障发生时，三相与大地之间通路的对称性被打破，中性点的电位会发生变化，使没有接地的两相电压值升高。
在单相金属性接地故障时，该相与大地直接连通，电压变为0，而中性点的电压成为相电压，其余两项电压变为原来根号的三倍，导致配电网中出现零序电压。
1.2 中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障
由于中性点不接地系统发生单相接地故障时，接地点会产生电流，如果这个电流很大，就可能会引起弧光过电压，导致其余两相对地电压变大，促使导线外表的绝缘层损坏，造成多点接地故障，严重时会导致大面积的停电事故。如果在中性点加入电感线圈，那么在发生单相接地故障时，就可以抵消接地点的电容电流，降低多点接地事故的出现，但是消弧线圈的使用会改变故障线路零序电流的方向和大小。
为了解决这个问题，人们提出了全补偿、欠补偿、过补偿三种方式，由于全补偿会导致电源中性点电压变高，损害设备的绝缘层，目前应用得很少；欠补偿会影响线路的检修等工作，应用也比较少；大多数配电网的建设中，都会采用过补偿的方式。
2 现有小电流接地系统单相接地故障的选线方法
2.1 零序电流比较法
当小电流接地系统发生单相接地故障时，故障元件中的零序电流，在数值上与全系统非故障元件的对地电流相同，因此故障线路上的零序电流最大，而且与没有故障的零序电流方向不同，这样通过比较零序电流的幅值和相位，很快就能发现故障。在实际的应用中，谐振接地系统中的消弧线圈，能够补偿零序电流，因此该方法无法发挥作用，此外零序电流比较法还会受到线路长短、电流互感器不平衡电流和过渡电阻等影响。
2.2 谐波法
受到实际因素的影响，大多电气设备都是非线性的，使得故障电流中会存在谐波。大量的实践研究发现，故障电流中以五次谐波分量为主，由于谐振接地系统中的消弧线圈会按照基波整定，对五次谐波的影响很小，可以忽略不计，因此在小电流接地系统和谐振接地系统中的五次谐波分量相同，如果利用电流的幅值和相位进行比较，就能够很好的解决选线问题。在实际的使用过程中，单相接地故障产生的谐波，受到谐波源、故障位置等因素影响较大，通常情况下，故障电流中的谐波很少，而且极其不稳定，导致检测的灵敏度较低，应用的效果较差。
2.3 能量法
经过接地后零序电流和电压构成能量函数，可以得出没有发生故障线路的能量总是在0以上，而消弧线圈的能量函数，和没有故障线路类似，因此配电网中没有故障线路的能量，都是由故障线路传递出去的，导致故障线路的能量总是在0以下。这样比较能量函数的大小和方向，就能够判断具体接地的线路，电网在实际的运行中，零序能量函数包括电感和电容能量，两者之间会不断地进行交换，使得能量函数与故障产生的能量不符，影响能量法应用的效果。
2.4 有功分量法
由于故障电流中有有功分量，没有故障线路中的有功分量，都是从故障点返回的，这样利用线路中的有功分量的大小和方向，就能够选出故障的线路。从某种意义上来说，这种方法是零序功率方法的变形，将原来的零序电流和电压比向范围，从90 ？觷增加到了180 ？觷，为选线提供了有效保障。但在实际的检测中，没有故障线路和消弧线圈产生的有功分量很小，加上间歇性接地故障等影响，有功分量法没有足够的可靠性。
2.5 残流增量法
在实际的配电网系统中，自动调谐消弧线圈应用得越来越多，在发生接地故障后，可以自动调节到最佳补偿状态，促进故障熄弧，残流增量法就是利用这种补偿度的改变，选择出发生故障的线路，但是这种方法受到间歇性接地故障和弧光接地故障的影响很大，在面对复杂的故障时可靠性不够。
3 小电流接地系统单相接地故障选线解决措施
通过分析现有小电流接地系统单相接地故障选线方法发现，目前使用的方法都存在一定的局限性，使得选线结果没有足够的可靠性，要想很好地解决这个问题，最佳的方法是结合多种选线方法，对选线进行综合性的判断，发挥不同选线方法的优势，增加正确选线的故障范围，提高选线结果的准确性。在实际的应用中，每种选线方法的使用都有前提条件，在某些特定的条件下，一种选线方法可能无法适用，但是必然会有其他的几种方法适用，利用多种方法判断故障的重复区域，必然会比一种方法判断的结果更加可靠，这是多种选线方法综合应用的最大优势。如果遇到某个故障，每种方法的应用条件都无法满足，可以对这些条件进行融合，得到一个充分可信的判断结果，如综合几种故障判断方法后，得出3个判断依据，分别对应3种选线方法，那么不符合这些判断依据的故障就可以采用除这3种选线方法之外的其他方法。
4 结 语
小电流接地系统在我国中低压配电网中，得到了广泛的应用，单相接地故障选线，对于我国中低压电网运行的可靠性，具有非常重要的意义，经过了多年的研究和实践，目前有很多小电流接地系统选线的原理和方法，每种方法都有自身的优点和局限性，导致小电流接地系统单相接地故障选线，依然是影响电网稳定的一个难点。
本文根据不同选线方法的特点，提出了多判断依据的综合选线方法，结合实际小电流接地系统的工作情况，可以随意的选择多种判断依据，相信随着技术水平的提高，选线判断依据会得到不断的完善，使得不同判据之间的互补性得到增强，从而提高实际选线的效果。
参考文献：
[1] 束洪春，司大军.一种利用衰减直流分量的谐振接地系统故障选线方法[J].中国电力，2006，（2）.
[2] 王耀南，霍百林，王辉，等.基于小波包的小电流接地系统故障选线的新判据[J].中国电机工程学报，2004，（6）.
[3] 薛永端，徐丙垠，冯祖仁，等.小电流接地故障暂态方向保护原理研究[J].中国电机工程学报，2003，（7）.
[4] 戴剑锋，张艳霞.基于多频带分析的自适应配电网故障选线研究[J].中国电机工程学报，2003，（5）.
定子单相接地故障 篇4
1 接在不同电压系统的电动机发生单相接地时情况分析
1.1 低压电动机接在中性点接地系统
对于380V的低压电动机, 若接在中性点接地系统, 发生单相接地时, 接地相电流显著增大, 电动机振动并发出不正常响声, 还发热。可能一开始就使该相熔断器熔断, 也有可能使绕组过热损坏。为什么会出现这种情况呢?因为电动机外壳都接地, 其接地网一般与供电变压器中性点接地的接地网是同一个, 电动机定子绕组发生单相接地后, 依靠地线可形成电流回路, 如图1所示 (图中k点表示接地点, 变压器还带着其他负载, 没有画出) 。
由于接地相的绕组匝数减少, 该相电流即增加, 于是有两种可能:一种可能是该相熔断器熔断, 如图2所示。
此时, 与正常情况相比, 在两个方面起了变化。其一, 由于c相绕组甩开了一部分, 仅ko部分绕组起作用, 使三相绕组变得不对称了。其二, 加在电动机绕组上的三相电压不对称了。Uab仍为原来的相电压, Ubk和Uka变为电源B相和A相的相电压了。而此时加在a相和b相绕组的电压低于正常的相电压, 加在ko上的电压仅是两个中性点间的电位差。另一种可能是熔断器没有熔断, 如图3所示。
此时, 与正常情况比较, 也在两个方面起变化。一是c相绕组被k点分成两部分, ck部分仍算做c相, ko部分变成a相和b相绕组的公共部分, 这也破坏了三相绕组的对称性。另一方面, 也使加在三相绕组上的电压变得不对称了。在图3中Uab、Ubc、Uca仍是原来的线电压, 而加在a相绕组和b相绕组的电压是各自相电压与ko一段绕组上电压降的向量差, c相ck段绕组上的电压是c相相电压。总的来说, 不论是熔断或不熔断, 都会造成三相绕组不对称和三相电压不对称。由于电压不对称, 会造成电动机电磁力矩降低, 损耗增大, 绕组发热。由于三相绕组不对称, 即其中接地相绕组分成几部分, 或三个相电流方向与正常的不一致, 会使旋转磁场失掉均匀性, 变成一个幅值和速度都可能变化的旋转磁场, 它每转一周, 对转子的拉力时大时小, 因而造成电动机的振动和发出不正常的响声。如果接地点k在某相绕组的端部, 如图4所示。
假设c相端部接地, 大部分情况下, 该相熔断器会熔断, 因为这相当于电源c相短路。这是一个极端情况, 这时若外加负载不变, 三相电功率现在由两相供给, 此时未断熔断器的两相电流都将大增, 接于中性点的地线也将流过电流, 这时电动机声音很响, 振动也很厉害。
1.2 低压电动机接在中性点不接地系统
对于380伏的低压电动机, 若接在中性点不接地系统 (或虽接在中性点接地系统, 但电动机外壳接地不良) 。当发生单相接地后, 均会使电动机外壳带电, 这对人有触电危险。这时用验电笔测试外壳, 会发亮。因为在变种情况下, 机壳电位与地不一样, 带有与其连通的绕组的该点的电位, 人的手若触摸电动机外壳, 就会有接触电压作用于人身, 这时由于线路和地之间存在电容C, 故人手就会有电容电流流过, 但接在这种系统的电动机, 发生单相接地时, 因为形不成短路电流回路, 故仍可继续运行。
1.3 3000V或6000V高压电动机中性点接地
对于3千伏或6千伏的高压电动机, 由于其系统是中性点不接地的, 发生单相接地的现象和后果与上述380伏电动机接在中性点不接地系统的情况差不多, 只是3千伏和6千伏矿用系统母线有绝缘监察装置, 从三个对地电压表的指示中, 可以及时发现该系统有无接地故障。
2 绕组接地的危害及原因
电动机定子绕组一旦接地, 会造成机壳带电, 可能导致人身触电事故;造成电动机的控制线路失控;使绕组发热而短路, 导致电动机无法正常运行。
分析绕组接地的原因很多, 但主要的有以下几种:
(1) 绕组受潮;
(2) 绕组长期过载或局部高温, 使绝缘焦脆、脱落。
(3) 制造或维修时留下隐患, 如下线时擦伤、槽绝缘位移、掉进金属末等;
(4) 铁芯硅钢片松动, 有尖刺, 割伤绝缘;5、绕组引线绝缘损坏或与机壳相碰等。
3 绕组接地的检查方法
检查绕组接地故障的方法很多, 这里谈几种常用的方法:
(1) 直接观察:绕组接地故障通常发生在绕组端部或铁芯槽口附近, 而且绕组发生接地故障后, 绝缘常有破裂或烧焦发黑的痕迹。
(2) 兆欧表检查:先将星形接线或三角形接线的各相绕组的连线拆开, 然后根据电机电压选择兆欧表的容量。测量时, 兆欧表析一支表笔接电机绕组, 另一支表笔接电机机壳, 按120转/分的速度摇动兆欧表的手柄, 若指针指在“0”位, 则表明该相绕组存在接地故障;若指针摇摆不定, 则表明绝缘已被击穿。
(3) 万用表检查:先将三相绕组之间的连接线拆开, 使各相绕组互不相通, 然后将万用表的旋钮转到R×10K档, 将一支表笔与绕组的一端相接, 另一支表笔与机壳相接, 若测得的电阻值很小或为零, 则表明该相绕组存在接地故障。
(4) 冒烟法检查:在铁芯与线圈之间加一低电压, 并用调压器来调解电压, 限制电流在5安以内, 以免烧坏铁芯。当电流通过接地点时, 烧损的绝缘便会冒白烟, 甚至出现火花。
找出故障点后, 无论故障点在槽内、在槽口附近还是在端部, 必须将故障处垫好绝缘, 使之恢复到未接地前的状态, 达到使用要求, 保证人身安全。
摘要：从安全角度阐述了电动机定子绕组单相接地的现象和后果。电动机绕组一旦接地, 会造成机壳带电, 可能导致发生人身触电事故;造成电动机的控制线路失控;使绕组发热而短路, 造成电动机严重烧毁, 导致电动机无法正常运行。绕组接地可通过直接观察;兆欧表 (或万用表) 检查;试灯检查;冒烟法检查、淘汰法检查等方法去检查, 及时排除因绕组接地而造成的各种危害, 迅速排除隐患。绕组单相接地的后果易发展成两相短路, 造成电动机严重烧毁。要做到电动机安全运行, 电气工作人员必须掌握电动机运行基本知识, 以便及时发现和消除事故隐患。
定子单相接地故障 篇5
关键词：10kV配电网；单相接地；故障处理
中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）35-0125-02
单相接地故障是配电网最常见的故障之一，据介绍由单相接地或母线故障引起的停电事故率达到70%。一旦发生接地故障将会对电力系统以及人员造成危害。配电线路母线上的电压互感器可能因有害的零序电流而烧毁，配电设备会由于间歇性的弧光接地以致谐振过电压而损坏，导线落地未及时停运线路也会对过往行人及巡视人员的人身安全构成巨大威胁。所以，快速、有效地解决单相接地故障成为保证配电网安全可靠运行的关键。引起单相接地的原因和“症状”多种多样，有些故障表现得非常隐蔽，这给巡查、处理带来相当难度，因此通过对单相接地故障的分析可以更好地判明原因，并有助于故障的处理和解决。本文从分析10kV配电网单相接地故障成因入手，探讨了预防和处理措施。
1 110kV配电网接地保护方式与单相接地故障成因
1.1 接地保护方式
目前，配电网中性点接地主要采用中性点有效接地与中性点非有效接地两种方式。10kV配电网通常采用中性点非有效接地方式，这种接地方式也称为小电流接地方式，在发生单相接地后允许不立即跳闸，因而在保障供电可靠性方面优势明显。而中性点有效接地方式发生单相接地时会立即跳闸，虽然有利于线路安全，但也引起了停电事故。
中性点非有效接地包括中性点不接地、中性点谐振接地（经消弧线圈接地）、经高电阻接地等方式。以中性点不接地方式为例，只要不发生永久性的单相接地短路故障，可以带故障运行0.5～2h。但如果发生了间歇性弧光接地，它引起的谐振过电压可以达到相电压的2.5～3倍，这足以导致非接地相绝缘击穿并形成相间短路。如果接地故障继续发展至稳定性弧光阶段，则其产生的高热极易烧毁设备。而且在持续接地状态下，非接地相绝缘加速老化，也很容易演变为两点甚至多点对地短路，引起更严重的事故。因此，中性点非有效接地方式迅速判明故障并消除故障是确保线路、设备安全的前提。
1.2 单相接地故障成因
引起10kV配电网单相接地的原因很多，一部分是自然原因，如雷击断线或避雷器被击穿，配变高压引下线被小动物破坏，树枝、塑料袋等漂浮物被风带到线路上等；但更多的是维护不到位或人为破坏所致，如导线在绝缘子上绑扎不牢而致落地或搭在横担上，鸟类筑巢长时间未得到清理，沿线路通道树枝、藤蔓未及时裁剪，绝缘子脏污、破裂没有及时清理、更换，汽车误撞、工程施工误伤、风筝挂线、砍伐树木误碰导线等等。在上述各种原因中绝缘子击穿、导线断线、树木搭接引发了80%以上的单相接地故障。
2 10kV配电网单相接地故障预防与处理措施
2.1 单相接地故障预防措施
对于引发单相接地故障的原因，大部分可以通过采取预防措施进行避免或减少故障发生率，具体措施如下：（1）加强线路巡视和清理通道。检查导线与树木、建筑之间的距离是否安全，查看杆顶、横担之上是否有鸟巢、异物，检查导线在绝缘子上的绑扎是否牢固、绝缘子是否有脏污破损、导线垂弧是否太大等，发现问题及时处理，保证通道畅通和线路安全。（2）定期测试线路中绝缘子、避雷器、分支熔断器等设施的绝缘性能，发现隐患及时消除，维修或更换不合格的设施。（3）对容易发生故障的线路设备进行改造，如绝缘子采用耐脏污性能好耐压等级更高的绝缘子，避雷器采用金属氧化物避雷器，配电线路加装熔断器、分支断路器，检修或更换不合格的配变等。
2.2 单相接地故障定位与选线方法
10kV配电网采用中性点非有效接地方式，发生单相接地故障后只有及时准确地检测出故障分支及故障点，才能迅速排出故障，但在不影响供电可靠性的前提下正确地定位和选线一直是电力领域尚未完全解决的难题。实际运行中的正确选线率只有20%～30%，最理想情况下也只能达到70%～90%。这是小电流接地方式故障特征不明显，兼之负荷谐波干扰与选线方法不完美等多种因素综合影响所致。传统的方法是通过逐条线路拉闸停电来选线，虽然准确率高，但在城市配电网日趋复杂的现状下，采用这种方法不仅耗时多，供电影响范围大，而且根本无法适应配电网自动化的要求。所以，开发自动选线装置并应用于现场是解决这一问题的主要出路。
目前，采用的选线方法主要有以下三类：（1）基于单一判据的方法，包括基于稳态分量的方法、基于暂态分量的方法以及基于注入信号的方法等，每一种根据信号分量的不同，又可细分多种方法，如基于稳态分量的方法包括零序电流基波比幅比相法、零序电流谐波法、负序电流法等。（2）融合多判据选线方法，如Kalman滤波法、Bayes估计法、D-S证据推理法、专家系统推理法、聚类分析法、神经网络、模糊集理论、粗糙集理论等。（3）基于图像、统计、形态等学科的方法，如基于聚类算法的方法、基于相关分析的方法、基于形态学的方法等。
但是，自动选线装置难以适应各种情况，而且也存在误判的可能，因此很多时候仍然需要通过经验、分断、绝缘摇测等传统方法进行确定。经验判断要能够发挥作用，必须靠平时勤于维护和积累资料，所谓“养兵千日，用在一时”，只有对各条线路了如指掌，对其“脾气秉性”心知肚明，才能准确判断接地点。如对线路不熟悉或故障不明显，则应逐杆巡查。采用摇表测量线路的绝缘电阻以判断是否存在接地故障，这种方法是最后的也是最准确的方法。根据统计，10kV配电网绝缘子绝缘不良引起的接地故障次数与偶然原因引起的接地故障次数比例大概为7∶1，说明在排查单相接地故障时应重点检查绝缘子的绝缘性能。另外，在线路节点如配变出口及线路始端、中部、分支处装设单相接地故障指示器，利用信号颜色判断故障点也是简便易行的方法。
2.3 故障处理措施
对于单相接地故障的处理，检修人员应在调度人员的指挥配合下开展排查，一旦确定故障点，首先应转移负荷，再断开开关隔离故障，然后把故障侧设备闸刀开关依次拉下。经汇报请示批准后，开展故障设备的检修工作。如果故障点发生在母线上不能隔离，则需要采取停电检修方式。
检查和处理接地故障，安全方面的措施必须保证。发生接地故障时，在室内距故障点4m范围内，室外距故障点8m范围内，都不允许任何未穿戴保护服装的人员进入。如需进入故障范围检查，必须穿上绝缘服，戴上绝缘手套，并使用专用工器具。不停电接地运行时，必须密切监视设备状况，防止故障扩大烧毁设备。
3 结语
提高供电可靠性与降低配电网单相接地故障率都是电力部门努力的方向，由于单相接地故障准确选线是国际性难题，短期内不大可能有完美的解决方案，在维修实践中仍然需要仰仗一些传统的方法，因此在维修工作中需要不断总结和提高，以达到缩短故障时间，尽快恢复供电的目的。
参考文献
[1] 熊婷婷，曾祥君，王媛媛，等.非有效接地电网单相
接地故障选线技术综述[J].电气技术，2013，
（5）：1-6.
[2] 王亚平，任小虎.10kV配电网单相接地故障成因与排
除方法分析[J].广东科技，2013，（10）：45、59.
[3] 马云飞，闰小鹏，闰小飞.10kV配电线路单相接地故
障研究[J].科技资讯，2012，（32）：93.
[4] 林文，程志兵.10kV线路单相接地故障[J].农村电气
定子单相接地故障 篇6
继电保护是指一种对电力系统故障和危害其安 全运行的异样工况所采取的有效策略,在保护中用继电器来保护电力系统及其元件。水轮发电机定子单相接地故障不仅直接影响 了发电机的功效,还危害了水电站的正常生产和运 营。因此,如何解决水轮发电机定子单相接地故障,需要利用科学的继电保护技术。
1老虎嘴水电站水轮发电机概况
老虎嘴水电站的装机容量102 MW,已经安装了3台单机容量为34 MW的混流式 水轮发电 机组,能确保其 出力23.19 MW,年均发电量已经达到了49550万kW·h,装机的年利用小时数为4858h。水电站选用的发电机型号是SF3428/6000,主要参数为:额定容量40 MVA、额定功率34 MW、额定电压10.5kV、额定电流2199A、额定频率50 Hz、相数3相、额定转速214.3r/min、定子绕组/转子绕组F/F、飞轮力矩>2000N·m。其相应的继电保护配置包括对发电机差动、发电机定子绕组单相接地、电流记忆低电压过流、发电机过电压、负序过负荷、转子接地、失磁、轴电流、励磁变时限速、励磁变压器过流及温度保护等。对发电机差动的保护将发电机纵差 保护作为主保护,CT断线检测功能允许差动保护动作,保护无延时动作于停机,且同时发信号[1]。对发电机定子绕组单相接地的保护,要与发电机并网前后动作准确相符,保护出口动作 于停机,且同时发信号。对电流记忆低电压过流的保 护,保护装置带有两段时限,其中短时限的t1动作于跳220kV母线分段断路器,长时限的t2动作于停机,两段同时发 出信号。对负 序过负荷的保护,其目的是为了反映发电机转子表层过负荷的情况,定时限延时动作于发信 号[2]。对转子接 地的保护,使用乒乓式转子一点 接地进行 保护,能表现出 转子对地 的绝缘电 阻值,对出口带时限动作于发信号进行保护。
2水轮发电机的中性点接地方式
水轮发电机的安全运行与中性点接地方式相关,而中性点接地方式又与定子绕组过电压、单相接地故障电流等有关。当前国内外水轮发电机的中性接地方式主要有中性点直接接地、中性点不接地、中性点经低阻接地、中性点经高阻接地以及 中性点经消弧线圈欠补偿接地等,其中后两种是应用最为广泛的中性点接地方式。老虎嘴水电站水轮发电机的中性点接地 方式主要采用的是中性点经高阻接地,即经配电变压器避雷器接地。因此,本文主要分 析发电机 中性点经 避雷器高 阻接地方式。该中性点接地方式的目的是为了限制间歇电弧 引起的积累性电压升高,最终降低电弧接地暂态过电压。因这种接地方式会加大定子单相接地时的接地电流,在接地保护时必须快速跳闸。当中性点接地的电阻Rn≤发电机对地容抗Xc时,经避雷器高阻接地就能较好地将暂态过电压控制在安全范围内,此时如果系统的高压一侧发生单相接地,其产生的传递过电压也不会导致发电机基波零序电压定子单相接地保护出现误动现象。经避雷器高阻接地后,从故障点流过的接地电流量是流经该电阻的有功电流和发电机的接地电容电流的矢量和。这 种情况下,如果发电机的对地电容加大,会使得接地故障电 流加大,容易烧毁铁芯,保护出口就只能动作于瞬时跳闸,并冲击整个电力系统和发电机,形成暂态过电压。此外,发电机灭 磁要一定时间,即便是断路器自动跳闸也不代表切断了故障 电流,仍然存在烧毁铁芯的风险。
3水轮发电机定子单相接地的继电保护技术实现
基波零序电压和三次谐波电压两项技术已经 在水轮发 电机中得到广泛的应用,而在引进国外机组后,外加电源式 的定子单相接地继电保护技术也日益完善。随着微机保护的发展,不断研发和形成了新型的继电保护技术,如小波变换保护技术和行波保护技术等。
3.1基波零序电源保护技术的应用
水轮发电机组一般是将发电机、超高压 或高压电 网、变压器组单元接线进行直接相连,因发电机和系统中其他元件没有电联系,接地电容电流较小,就可采用基波零序的电压保 护技术。该技术在单相接地发生时,利用中性点处零序电压和检测机端的电压来判断是否发生接地故障。假定相接地发生 在定子绕组距离中性点α处,α表示中性点到故障点的绕组所占全部绕组匝数的百分比,机端的各个相对低电压表示如下:该故障点的零序电压为。可知,故障点的零序电压会随着故障点的位置变化而变化。发电机内部单 相接地时,电压互感器二次开口的输出电压在机端接地为100V,其零序电压为Ud0(α)=100α(V)。保护的动作电压Ud0(α)要避开正常运行时中性点单相电压互感器三角绕组的最大不平衡电压。经过实验测试表明,当发电机正常运转时,其不平衡 零序电压会≥10V,如果电压互感器饱和的话,还会 >20V。针对可能引发的零序电压保护误动问题,可以从动作电压整定值及延时两方面与系统接地保护进行配合。
3.2外加电源式定子单相接地继电保护技术
该技术是在发电机正常运行下整个三相定子 回路对地 绝缘的基础上产生的,在发电机定子回路和大地间外加一个信号电源后起到保护作用。一般情况下,外加低频电源主要有20Hz和12.5Hz,在定子绕组中性点或机端将信号发送到发电机定子的系统,能100%独立完成对定子接地的保护。外加电源式定子单相接地继电保护技术能独立完 成对接地故障的检测,与其他技术相比,受发电机运行方式的 影响可以忽略不计,在发电机禁止和停用等情况下都能起到一定的保护作用,具有高灵敏度。不过,该技术对电源的 性能和可靠性要求很高,现场调试较为复杂,且其灵敏度会受外加电 源内阻大小和中性点接地方式的影响。
3.3小波变换定子单相接地继电保护技术
该技术的灵敏度较 高,能检测出 发电机零 序电流的 突变点,利用故障点小波变换模极大值的大小、位置、符号等能有效分辨出发电机内外部接地故障。在忽略噪声对技术效应的 影响时,利用该技术检 测发电机 接地故障 可以通过 以下几点 实现:检测到发电机机端零序电流的小波变换模的最大值和其他发电机机端零序电流的小波变换模的最大值符号不同,位置相同数值更大时,就可以判定该发电机存在内部单相接地故 障;检测到发电机端零序电流的小波变换模的最大值和其他发电机机端零序电流的小波变换模的最大值符号和位置都一致时,可以判定该发电机存在外部接地故障。但是,该技术比较容易受噪音干扰,且一旦受到噪音干扰的话,其检测结果的精 准度和保护的效能会大打折扣。
4结语
发电机定子接地故障排查 篇7
某电厂2×300 MW发电机组采用哈尔滨电机厂生产制造的QFSN-300-2型水氢氢发电机, 机端额定电压为20 k V, 中性点经消弧线圈接地。发电机保护采用的是南京国电南自凌伊电力自动化有限公司生产的DGT-801A保护装置, 定子接地保护采用的是基于稳态基波零序电压和三次谐波原理构成的100%保护。
该厂#1机组在负荷为226 MW的情况下运行时, 发电机突然跳闸解列, 汽机跳闸, 锅炉灭火, 监控画面首出“发电机保护动作”, 就地检查保护屏, 发出了“发电机定子3U0定子接地”报警, 而双套保护均动作, 发出信号为发电机“定子接地”保护动作。下面, 结合此次发电机定子接地故障的实际情况, 简单分析了大型发电机定子接地故障的排查。
2 事故处理过程
2.1 二次系统检查
跳机后, 应先全面检查保护装置, 2套发电机保护装置A柜、B柜的“定子接地”保护均动作, 基波3UO发跳闸信号, 3次谐波3 W发报警信号, 查看保护定值零序电压为8 V, 延时4 s动作。查看故障录波图, 发电机机端电流A, B, C三相峰值分别为3.28 A、3.30 A、3.26 A, 发电机机端电压A, B, C三相峰值分别为86.979 V、80.182 V和74.518 V, C相电压下降得较快。发电机“定子接地”保护动作时, 发电机机端零序电压2套保护动作值分别为8.643 9 V、8.647 4 V和8.668 8 V、8.665 2 V, 零序电压达到8.6 V保护动作。对发电机出口PT一次侧做加压试验, 保护屏电压显示正确, PT二次回路绝缘测试合格, 基本排除了保护误动的可能。但是, 这些故障数据并不能确定是发电机内部故障还是外部故障。
2.2 一次系统检查
初步检查发电机非电气系统, 未发现发电机有积水、漏氢、漏油等情况, 且系统工作正常。定子冷却水电导率化验合格, 在发电机本体、励磁变、出线离相封母、出口PT、中性点接地装置、主变、高厂变、高压脱硫变及其附属设备等电气回路和设备的外观检查中, 并未发现明显的故障特征。
当运行人员投入#1主变出口接地刀闸、退出出口PT后, 在未隔离发电机本体的情况下 (即整个电气一次回路包括励磁变、主变、高厂变、高压脱硫变、出线离相封母和发电机本体等) , 使用发电机专用绝缘电阻测试仪 (武汉康达生产的型号为:KD2678) 检查发变组系统绝缘, 其绝缘电阻对地测试结果如表1所示, 不符合规定的要求。
由于测试结果比较小, 所以, 对绝缘电阻测试仪的准确度产生了怀疑。在更换了同型号表计后, 又进行了绝缘电阻测量工作, 测量结果如表2所示, 绝缘电阻不合格。
测量结果显示, 测试的2块表计的结果基本相符, 与最近一次的绝缘测量结果相比, 差距较大, 因此, 判定了#1发电机组确实存在单相接地故障, 但是, 仍然无法判断是发电机内部故障还是外部故障。
逐一排查发电机附属设备, 具体的步骤: (1) 先对发电机出口PT一次保险进行了导通测量, 未发现保险熔断, 对出口PT进行了绝缘电阻、直阻、空载电流、感应耐压试验, 避雷器绝缘电阻、泄漏电流测试, 测试结果均合格。 (2) 打开发电机与主封母软连接, 测量了发电机本体的离相绝缘电阻, 测量结果为2.71 GΩ、2.73 GΩ、2.80 GΩ, 绝缘电阻全部合格。同时, 对发电机进行了直阻测试、交直流耐压试验, 转子直阻、绝缘电阻测试均符合要求, 排除了发电机定子绕组的内部故障。 (3) 测量了发电机出口封闭母线的绝缘电阻 (主变、高厂变、高压脱硫变和励磁变与封闭母线连接未断开的情况下) , 测试结果为0.7 MΩ, 初步将故障点确定在封闭母相及其所连接的变压器处。为了进一步确定故障点, 逐一打开封闭母线与变压器连接处的软连接, 对主变、高厂变、高压脱硫变做绝缘电阻、直阻、介损、直流泄漏、油压试验, 对励磁变做绝缘电阻、直阻、交流耐压试验 (带穿心CT屏蔽层耐压试验) , 试验结果均合格。对封闭母线进行了离相绝缘电阻测量工作, A相绝缘电阻为1.7 GΩ、B相绝缘电阻为2 GΩ、C相绝缘为7 MΩ, 最后确定封闭母线C相存在故障。
3 事故原因分析
逐一排查C相主封母内支撑绝缘子和盘式绝缘子发现, 室外部分绝缘子根部瓷裙上有露珠, 部分绝缘子较脏, 有污物, 靠近微正压入口处的一个绝缘子有轻微的间隙放电迹象, 但是, 并没有形成贯穿性对地放电。整个封母内潮气较重, 并且靠近微正压装置入口处的母线上有明显水流痕迹。经过分析后, 其进水原因主要是:事故前1个月, 该地有10 d左右的连续阴雨天气, 空气湿度很大;再加上当月该机组一直处于备停状态, 微正压装置一直未投, 潮湿空气通过封闭母线密封面的不严之处进入封闭母线。由于该发电企业地处北方, 冬季昼夜温差较大, 微正压装置管道中易产生积水, 所以, 微正压装置启动初期水分还未干燥就会随着空气一起进入封闭母线内。当潮气进入较长时间后, 由于主封母终端无排气门, 进入的水分不易排出, 就会造成瓷瓶表面受潮。在设备运行过程中, 主封母内部发热, 潮湿气体充满主封母密闭空间, 降低了主封母绝缘性, 这是造成此次故障的原因。另外, 主封母内支持绝缘子上的灰尘较多, 绝缘子脏污严重, 很易产生“爬电”现象, 这也是引发此次故障的原因。
4 防范措施
在此过程中, 具体的防范措施包括以下几点: (1) 利用停机的机会, 全面检查、清扫发电机主封母内所有的支持绝缘子, 并更换全部的密封垫, 进行气密试验, 检查其密封情况。 (2) 利用停机的机会, 在发电机主封母终端加装排气门, 以便实现气体流通, 排出潮气。启机前, 要开启一段时间对排气门进行驱潮。 (3) 改进微正压装置的干燥功能, 特别是在冬季, 以防微正压装置管道内的疏水不能及时排放而进入封母内, 确保充入主封母内的气体是干燥的。 (4) 对于带有电加装置的封母, 要确保加热器的投入是可靠的, 进而保证主封母内气体的干燥程度。 (5) 在条件允许的情况下, 可将封母内的陶瓷绝缘子更换为憎水性更好的复合绝缘子。
5 结束语
大容量发电机出口采取离相封闭母线, 能有效防止相间短路故障的发生, 并且平时维护工作量少, 整齐美观。但是, 如果大电机处于北方地区, 则应采取有效的措施防止封闭母线内部受潮, 加大对封母密封性的检查力度, 确保微正压装置充入的气体为干燥气体。在封母尾端加装排气口, 启机前进行驱潮工作, 以保证封母的可靠运行。
摘要：阐述了发电机出口离相式封闭母线受潮, 使得发电机组定子接地跳闸的情况, 并分析了具体的处理过程和防范措施。
关键词：定子接地故障,绝缘子,封闭母线,驱潮工作
参考文献
[1]华北电网有限公司.电力设备交接和预防性试验规程[M].北京:中国电力出版社, 2008.
发电机定子接地故障及保护 篇8
1 发电机中性点的接地方式
发电机中性点的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, 尽管接地方式不同, 但均要求单相接地电流尽量小些, 动态过电压倍数低些和易于实现高灵敏度的定子接地保护。我国目前应用的发电机中性点接地方式主要有以下几点。
(1) 中性点不接地或经单相电压互感器接地。 (2) 中性点经配电变压器高阻接地。 (3) 中性点经消弧线圈 (欠补偿) 接地。
1.1 中性点经单相电压互感器 (T Vo) 接地
这种方事其实是利用了中性点不接地, 而发电机中心点只是利用单相电压互感器来测量基波电压以及三次谐波电压。采用这种接地方式需要使发电机的单相接地电容电流小于安全电流, 想要保护无死区的定子接地也是可以的, 但是需要注意不要使用互感器铁芯的工作磁密太高的单相电压, 一般情况下起一次的额定电压即可为发电机的额定电压。
1.2 中性点经配电变压器高阻接地
这种方案是靠调整中性点接地变压器二次侧的电阻来限制接地故障时的有功电流。采用这种接地方式的目的, 主要是为了降低机端金属性接地时, 健全相发电机定子绕组过电压, 减小发生谐振的可能性。
1.3 中性点经消弧线圈接地 (欠补偿方式)
发电机中性点经消弧线圈接地后, 可使接地故障电流减小到安全电流以下 (300 MW及上以发电机一般都欠补偿到1 A以下) , 从而有效地防止了接地故障发展成相间或匝间短路, 使故障点电弧存在时间大为缩短, 特别是在补偿良好时更是如此。这对构成无死区的100%定子接地保护非常有益。
2 正常运行和单相接地故障时的基波零序电压
2.1 正常运行时
当发电机中性点没有消弧线圈时, 即使三相电势完全对称相等, 由于发电机电压系统三相对地电容不完全相等, 中性点也有一定的不平衡电压存在。当中性点接有消弧线圈 (欠补偿) 时, 为降低定子接地保护零序电压的动作值, 可适当改变串联电阻, 使一般中性点的不平衡电压可降到规定值以内。
2.2 单相接地时
对于金属性接地, 假设三相电源电势和三相对地电容完全对称, 并设故障点位于定子绕组A相距中性点α处。当在机端接地时, α=1.0, U0=EX;当在中性点接地时, α=0, U0=0。当故障发生在定子绕组任一相的任一点α时, 零序电压U0=αEX, U0与α成线性关系。
3 发电机三次谐波电势的分布特点
由于发电机气隙磁通密度的非正弦分布和铁磁饱和影响, 在定子绕组中感应的电势除基波分量外, 还含高次谐波分量。其中三次谐波电势虽然在线电势中可将它消除, 但在相电势中依然存在。因此, 每台发电机总有约百分之几的三次谐波电势, 以E3表示。如果把发电机的对地电容等效地看作集中在发电机的中性点N和机端S, 每端为1/2Cof, 并将发电机端引出线、升压变压器、厂用变压器以及电压互感器等设备的每相对地电容Cos也等效地放在机端, 同此即可求出中性点及机端的三次谐波电压分别为:
此时, 机端三次谐波电压与中性点三次谐波电压之比为:
由上式可见, 在正常运行时, 发电机中性点侧的三次谐波电压UN3总是大于发电机端的三次谐波电压US3。极限情况是, 当发电机出线端开路 (即COS=0) 时, US3=UN3。当发电机中性点经消弧线圈接地时, 假设基波电容电流得到完补偿, 在接入消弧圈以后, 中性点的三次谐波电压UN3在正常运行时比机端三次谐波电压US3更大。在发电机出线端开路时, COS=0, 则:
4 发电机定子接地保护
4.1 零序电流定子接地保护
由单相接地故障特点可知, 对直接连在母线上的发电机发生内部单相接地时, 外接元件对地电容较大, 接地电流增大超过允许值, 这就是零序电流接地保护的动作条件。
4.2 基波零序电压定子接地保护
单相接地时零序电压U0=αEph, Eph为故障相电动势, 可将之作为保护动作参量。此基波零序电压可以在机端或中性点处获得, 对于发电机中性点经配电变压器接地的情况, 基波零序电压可取自配电变压器的二次电压。
4.3 三次谐波电压型定子接地保护
发电机正常运行时, 中性点三次谐波电压比机端三次谐波电压大, 而在中性点附近发生接地故障时, 机端三次谐波电压增大。利用单相接地故障前后发电机中性点与机端处三次谐波电压变化特点构成三次谐波电压型定子接地保护。
4.4 10 0%定子接地保护
采用基波零序电压式定子接地保护和三次谐波电压型定子接地保护共同组成100%定子接地保护。前者可反应发电机的机端向机内不少于85%定子绕组单相接地故障 (85%~95%) , 后者反应发电机中性点向机端20%左右定子绕组单相接地故障 (0~50%) 。通过这两种保护的相互配合, 达到了大容量机组100%定子接地保护的要求。
第一部分是基波零序电压式定子接地保护, 保护接入的3Uo电压。第二部分是利用发电机三次谐波电动势构成的定子接地保护。正常运行时, 发电机中性点的三次谐波电压总是大于发电机机端的三次谐波电压。而发电机靠中性点侧0~50%范围内有接地故障时, 发电机机端的三次谐波电压大于发电机中性点的三次谐波电压。根据发电机定子绕组中性点附近接地故障的三次谐波分布特性, 保护装置取发电机中性点及机端三次谐波电压, 并对其进行大小和相位的的矢量比较。
参考文献
定子单相接地故障 篇9
1 装置功能及特点
(1) 该装置将变电站母线上的电压互感器一次绕组接成星形, 二次绕组接成开口三角形, 利用电压互感器一次绕组和二次绕组接入绝缘监察继电器, 通过判断零序电压的有无来实现对小电流接地系统的监视。
(2) 小电流接地系统逐步应用了小接地电流选线装置。将小电流接地系统所有出线引入装置进行判断选线, 选线装置的原理是利用了电流方向判断线路, 选电流最大的三条线路进行方向比较, 判断故障线路。
2 接地故障特征
(1) 报出预告信号, “×千伏×段母线接地”光字牌亮。中性点经消弧线圈接地系统还有“消弧线圈动作”光字牌亮。
(2) 绝缘监察电压表指示故障相电压降低 (不完全接地) 或为零 (完全接地) , 两相高于相电压 (不完全接地) 或等于线电压 (完全接地) 。稳定性接地故障时, 电压表指示无摆动, 如果电压表指示不停地摆动, 说明是间歇性接地故障。
(3) 中性点经消弧线圈接地系统, 中性点位移电压表有一定的指示 (不完全接地) 或指示为相电压值 (完全接地) 。
(4) 消弧线圈的接地告警灯亮。
(5) 发生弧光接地, 产生过电压时, 非故障相电压很高 (指示最高) , 电压互感器一次熔丝可能熔断, 甚至烧毁电压互感器。
3 实例分析
3.1 事故情况
2013年某月110 kV某变电站, 110, 35, 10 kV均为单母分段接线方式, 1号、2号主变压器并列运行。事故发生时, 警铃响, 后台报35 kV和10 kV电压互感器回路断线。35 kV和10 kV系统接地监控主接线图显示35 kV和10 kV母线线电压不正常, 相电压一相为零, 另外两相正常。
3.2 事故分析
该变电站属于中性点不接地的小电流接地系统, 值班人员首先要明白系统的运行状况, 这样容易判断事故, 防止延误事故处理, 危及系统安全。电压互感器二次属于星形中性点接地, 以测量相电压和线电压, 以及提供保护装置和电能表、功率表等所需电压。
(1) 如果一次U相熔丝熔断, 二次U相无感应电压, 但UV和UW相线电压测量回路串过V相相电压和W相相电压, 结果UV相或UW相线电压测量回路和U相相电压测量回路形成串联回路, 因此U相相电压, UV相线电压, UW相线电压仍有指示。
(2) 当一相熔断时, 故障一相电压降低为零, 其他两相指示正常。
(3) 电压互感器内部绕组短路接地或者由于谐振造成过电压, 使高压熔丝熔断;或者由于二次熔丝选择不当, 二次过负荷或短路造成高压熔丝熔断。
(4) 二次熔丝熔断主要是由于误碰、小动物、潮湿造成二次短路, 也有可能是保护装置故障, 断路器选择不当造成。
3.3 事故处理
(1) 值班人员查看后台报警提示事件及吊牌, 检查表计指示, 并在运行记录本记录时间、事件、表计指示, 然后恢复音响及报警提示。
(2) 汇报调度35 kV和10 kV电压互感器回路断线, 申请停运。
(3) 断开35 kV和10 kV电压互感器二次熔断器, 检查母线电压指示正常。
(4) 拉开35 kV和10 kV电压互感器刀开关, 做好安全措施, 检查发现35 kV和10 kV电压互感器一次熔丝熔断, 随即进行更换。
(5) 将35 kV和10 kV电压互感器由检修转运行, 检查母线电压正常。
定子单相接地故障 篇10
在工业企业、农业、生活保障等各领域,6(10)k V中性点不接地供电系统的应用非常广泛,主要用于电源能量传输和接用电气负荷使用。但是在实际运行过程中经常会发生系统单相接地短路故障, 以及由于接地短路发生联锁性的电气事故造成危害,进而发生停电、电气设备损坏等,造成较大的经济损失。这其中涉及到电气设计、选型、安装、检修试验、运行维护等方方面面存在的问题,导致电缆超压击穿、接地短路电流过大弧光不能自熄,引起系统过电压损坏设备,系统发生铁磁谐振引起过电压损坏设备,接线错误发生短路烧毁电压互感器等事故。本文针对这些问题深入分析研究,提出了必要的处理方法和防范措施。
2不接地系统电压电流矢量分析
2.1正常运行电路
图1所示是中性点不接地系统电路图,为系统电源电势,理想情况下6k V系统三相对地电容等同为C0,TV是三组单相电压互感器组成Y0/ Y0/ △开口三角型接线电压互感器。以6k V系统为例,电压变比为, TV中性点接地端PE。理想情况下电压互感器一次电感等同为L。图2所示是忽略了电压互感器电阻三相对地电抗电路,每一相是系统对地电容和电压互感器电感并联组成,电压互感器对地感抗很大,并且电压互感器的感抗 ωL垌1 / ωC0,为此在忽略电压互感器三相对地电感的情况下,三相对地只有电容电流IC0。图3所示是三相对地电容对称时电压电流矢量图,单相对地电容电流相位超前相电压90°。电压互感器一次、二次接线方式为Y0/ Y0接线, 二次电压和一次电压的频率、相位相同。系统正常运行时三相对地相电压为,三相线电压为6k V。开口三角是三组电压互感器二次辅助线圈首尾相连接,正常运行时三相电压矢量和为0,当出现一相金属性接地时开口三角零序电压为100V。
2.2单相接地短路
图1中系统C相发生金属性接地不对称短路故障,短路点的边界条件为:接地点处C相U觶C=0, 不接地相A、B对接地点电流为I觶f A= I觶f B=0。下面采用对称分量法进行分析。
(1)系统对短路点的阻抗由于系统的变化, 阻抗值也在变化,设系统对短路点的正序阻抗为X1∑、负序阻抗为X2∑、零序阻抗为X0∑,静止元件的正序、负序阻抗相等。
(2)单相接地时短路点电压U觶C各序电压和短路点电流I觶f C各序电流的关系为［1］:
式中:为C相接地短路点的正序、负序、零序电压;为C相接地短路点的正序、负序、零序电流。
(3)单相接地短路与同一点三相短路电流大小比较。
设正序电抗等于负序电抗:
接地点处的三相短路电流为:
C相单相接地短路电流为:
上述公式,当X0∑<X1∑时单相接地短路电流大于同一点的三相短路电流,对于大型发电变电站电力系统变压器中性点直接接地点越多,在中性点附近接地短路就会出现上述情况。当X0∑=X1∑时单相接地短路电流等于同一点的三相短路电流。 当X0∑>X1∑时单相接地短路电流小于同一点的三相短路电流。对于中性点不接地系统,当X0∑→∞ 时,单相接地短路电流相对于同一点的三相短路电流很小或者接近0值。
(4)短路点处A、B、C三相对地电压
图1中C相接地对地电压U觶C=0,非接地相A、B对地电压为:
图4所示是单相接地电压矢量图,其中两条竖直线表示非接地相A、B对地电压各序矢量变化关系:
a)当直接接地系统X0∑=0时,图4中电压为非故障相A、B对地电压:
上述接地点处的非接地相对地电压小于电源电势。
b)当X0∑=X1∑时,非故障相A、B对地电压与电源电势相等,图4中。
c)对于中性点不接地系统X0∑→∞ 时,非故障相A、B对地电压为:
上述接地点处的非接地相对地电压大于相电源电势,并且升高为线电压,电压之间的夹角为60°。
d)图4中系统单相接地,而且X0∑→∞ 时,三相对地电压矢量和为零序电压:
电压互感器二次辅助开口三角电压:
不接地系统单相金属性接地时,非接地相电压升高为线电压,开口三角电压为100V。图1中TV二次辅助开口三角接有小电流接地选线装置XDL,用于判断母线接地还是馈出线接地。
e)中性点不接地系统电力电缆绝缘水平选择
上述论证分析了单相接地故障,三相系统不接地相电压升高到线电压,因此在电缆设计选型时,对于3k V-35k V系统,按照电缆单相接地故障持续1min-2h之间考虑,电缆单相对地电压按表1数据选择［2］。不接地系统选择相对地电压U02是正确的,比如系统线电压6k V,相电压为3.47k V,电缆选择相对地电压U02是6k V。当系统单相接地后, 不接地相电缆耐受电压为姨3 ×3.47≈6k V,所以电缆对地相电压应当选择U02=6k V,选择U01=3.6k V是错误的。这类工程事故案例比较多,应引起设计人员、建设单位的重视。
3多馈线单相接地短路电流分析
在上文图1中分析了系统三相存在对地电容C0,系统馈出线较多时,每组馈出线三相都存在对地电容,并且容抗远大于其它阻抗。在系统C相金属性接地,忽略线路及其它元件阻抗后,系统对接地点的正序和负序电抗X1∑=X2∑=0。系统C相接点短路电流为:
式中:Cn代表每个馈出回路相对地电容。
通过上述分析,系统单相接地时,接地电流为系统馈出所有对地电容电流之和,并且馈出回路越多,单相接地电流越大。当接地电流过大时接地电弧不易自熄,将产生较高弧光间歇接地过电压。 因此在规程规范要求6(10)k V系统接地电流大于30A时,设计应采用经消弧线圈的接地系统。对于工矿企业,6(10)k V高压电动机相对较多,而且现场存在防爆区和非防爆区,设计手册要求电动机单相接地电流大于5A装设单相接地保护,一般接地电流大于10A动作于跳闸,当5A-10A时可作用于跳闸或信号。
4不接地系统铁磁谐振
中性点不接地系统因较容易发生铁磁性谐振而产生系统过电压,对于6(10)k V系统,采用铁磁性电压互感器较多,而电压互感器激磁饱和是发生铁磁谐振的主要原因,设计上采取防谐振措施。 图1系统图中的TV开口三角接有XDL装置,通常带有消谐功能。如果没有消谐功能,就要单独安装消谐装置XXQ,或者接消谐电阻。某变电所设计安装采用的是XDL装置MLA196X型,装置本身只有接地选线功能没有消谐功能,空送母线发生多次铁磁谐振。
4.1谐振机理
图1中系统设备和线路对地有电容、电感存在,系统正常运行时,电压互感器的感抗很大,所以系统对地电抗呈现容性［3］。三相电压基本平衡, 中性点O的位移电压很小。当系统发生变化,在没有发生系统接地短路的情况下,中性点O发生位移,即系统三相电压不平衡,中性点对地出现电压,此时三相电压互感器饱和程度不同,激磁饱和的电压互感器感抗降低,容易发生铁磁谐振。电源电压不变,而电压互感器三相电压有的高、有的低,中性点O出现位移,对地出现了零序电压,而实际上并没有发生单相接地故障。试验表明,在二次电压k V电压互感器加上额定电压时电流为0.15A,当加上1.9倍额定电压时,电压互感器饱和电流升到2.25A,接近15倍的电流。这就是为什么发生铁磁谐振熔断器熔断或者电压互感器烧毁的原因。
4.2谐振过电压的现象及排除
某工厂变电所为6k V单母线分段,Ⅱ段母线检修完毕送电,小电流接地选线装置报出Ⅱ段母线接地故障,TV二次电压表显示A、C相对地电压6k V, B相电压为0V,开口三角零序电压为70V。估计B相接地有问题,停电后检查TV中性点接地完好,并做耐压试验,没有发现接地故障点。再次送空母线, TV二次电压表显示A、C相对地电压4.5k V,B相电压为2.5V,开口三角零序电压为40V。通过检查小电流装置,咨询厂家后得知,该装置不具备消谐功能。在开口三角加装600W、25Ω 电阻,反复试验没有出现谐振过电压现象。
5电压互感器二次辅助绕组接线错误损坏
电压互感器二次带有保险或者空气断路器短路保护,二次一般接用电压表、微机保护继电器等。如果接线错误会发生短路保险熔断或者开关跳闸,或者电压表及微机保护器电压显示异常,可以及时被发现改正。在DL / T516-2012《火力发电厂、变电站二次接线设计技术规程》中7.2.6条,要求电压互感器二次辅助绕组接成开口三角的二次绕组不应装设熔断器或自动开关。对于开口三角一般接用零序电压表、XDL或者XXQ装置,系统正常运行时电压平衡开口三角电压为0,即使接线错误短路也不容易被发现,当开口三角出现电压时就容易烧坏电压互感器。
5.1接线错误及后果
图5所示是单母线分段系统,1TV、2TV为电压互感器。一般设计两段电压互感器二次带有并列切换装置。图6所示是电压互感器二次并列切换装置及TV二次小母线负荷电路,K1、K2、K3是切换装置内部继电器,引入到电压小母线,TV二次接用微机保护继电器WJBH、消谐器XXQ1(2)、小电流接地选线装置XDL,其中接入WJBH的三相电压带有分相断路器,当一相短路跳闸时,微机保护判断TV断线。其中XDL装置有4组通道,每段TV开口三角电压接入对应的零序电压通道。图中正确接线是1TV接入U1-N通道,2TV接入U2-N通道。按照规程的要求,开口三角二次电压小母线及负荷不设断路器或者保险。当系统I段母线系统有单相接地点时,U1dc-N母线有电压,U2dc-N母线没有电压输出。如果辅助绕组接线有错误短路就会烧毁TV,例如图7和图8所示,图中TV辅助绕组连接XDL装置接线出现了错误。图7中1TV、2TV辅助绕组dc端错误接入XDL装置N端,1TV、2TV辅助绕组N端错误接入XDL装置U1、U2端子,TV辅助绕组出现零序电压时,相当于1TV、2TV辅助绕组并接在一起短路,后果是1TV、2TV都烧毁。图8中1TV辅助绕组dc端错误接入XDL装置N端子,1TV辅助绕组N端错误接入XDL装置U1端子,2TV辅助绕组N端接入XDL装置N端、dc端接入U2端子。1TV辅助绕组出现零序电压时,相当于1TV辅助绕组接地短路,后果是1TV烧毁。现场此类问题导致TV烧毁、误动、拒动等的情况时有发生,所以在设计、制造、安装、检修试验等要特别关注,防止接线错误导致事故发生。
5.2 TV切换并列装置接线问题
另外需要提一下,在图6中TV二次输出经过并列装置内部K1、K2继电器接入电压小母线。图9所示是TV切换并列装置控制电路图,K1励磁的条件是图5中断路器手车位置或者隔离开关辅助点1G闭合,K2励磁的条件是断路器手车位置或者隔离开关辅助点2G闭合。当出现直流接地需要选线时,断开直流母线KM后,继电器K1、K2或者K3失电,电压小母线失压。容易发生微机保护继电器判断错误误动。所以建议操作时要采取措施,或者修改TV并列装置控制电路,防止断开直流时误断电压小母线而发生误动作跳闸。
6结论