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1、江苏某电厂#5 机组发电机 AB 两相接地故障分析1、概况2003 年 12 月 2 日 9 时 07 分 28 秒 455 毫秒，江苏某电厂#5 机组 A、B 屏发电机比率差动、发电机差动速断、发电机工频变化量差动均动作于跳闸，动作报文如表 1。表 1 RCS-985 装置保护动作报文报告序号启动时间 跳闸时间动作元件007ms 发电机比率差动* TJ 停机* TMK 跳灭磁开关* TCA 跳厂变 A 分支，* TCB 跳厂变 B 分支009ms 发电机差动速断014ms 机端开关选跳* TH1 跳高压侧 1* TH2 跳高压侧 2* QSL 启动失灵022ms 发电机工频变化量差动100m
2、s 跳发电机开关 195ms 励磁系统故障(灭磁开关联跳)295ms 非电量保护(发电机开关联跳)156 2003 年 12 月 02 日09 时 07 分 28 秒 455 毫秒2647ms 热工保护(主汽门关闭联跳)保护动作后及时打印出发电机差动电流波形，发现 A、B 相差电流波形约为 13Ie（额定电流） ，A、B 相电压降为 5V 以下，可以初步分析知为发电机 AB两相接地故障，停机后 A、B 两相对地绝缘为 0K。江苏某电厂#5 机组情况：130MW 发电机，捷克机组，2003 年更换定子线棒，功率因数 0.85，机端电压 13.8KV，为自并励励磁方式，主变为220KV/110KV
3、/13.8KV 的三圈变，容量 150MVA，厂变为 Y/Y 两圈变，容量为16.0MVA。主接线方式如图 1。2003 年 2 月完成改造，投入运行。保护安装南瑞继保电气有限公司 RCS-985 机组保护装置， A、B 屏按双主双后方案配置，非电量和操作箱配置在 C 屏。图 1、南热#5 机组主接线方式断路 器操作箱C 屏R C S - 9 7 4 AR C S - 9 8 5 CA 屏2 2 0 k V 1 1 0 k VR C S - 9 8 5 CB 屏B BBBBBB高厂 变主 变压器发电 机B励磁 变B2、数据分析进一步分析，故障前、故障时各侧电流电压分别如下表 2-表 5。发电机
4、机端一次额定电流为 6398A，二次额定电流为 4.26A。差动保护定值为 0.4Ie，比率制动系数最小为 0.05，最大为 0.5，差动速断为 4Ie。表 2、发电机故障各侧电流(最大值)、电压数据序号 名称 故障前二次值故障时刻二次值故障时刻一次值标幺值(Ie)1 发电机差流 A 相 0.00 Ie 14.55 Ie/62.0 A93000 A2 发电机差流 B 相 0.00 Ie 14.31 Ie/60.9 A91350 A3 发电机差流 C 相 0.01 Ie 0.16 Ie/0.67 A1005 A4 机端电流 A 相 3.86 A 38.46 A 57690 A 9.03Ie5 机
5、端电流 B 相 3.91 A 41.35 A 62025 A 9.70Ie6 机端电流 C 相 3.91 A 4.89 A 7335 A 1.15Ie7 中性点电流 A 相 3.87 A 24.2 A 36300 A 5.68Ie8 中性点电流 B 相 3.91 A 20.68 A 31020 A 4.85Ie9 中性点电流 C 相 3.92 A 5.29 A 7935 A 1.24Ie10 发电机电压 A 相 56.1 V 0.92 V11 发电机电压 B 相 55.95V 5.04 V12 发电机电压 C 相 55.95V 81.09 V13 发电机机端零序电压0.32 V 47.23 V
6、14 发电机中性点零序电压1.03 V 42.53 V15 有功功率 110 MW16 无功功率 355 MVA17 转子电压 219 V主变高压侧一次额定电流为 357A，二次额定电流为 2.97A；主变中压侧一次额定电流为 715A，二次额定电流为 2.97A。表 3、故障前后主变各侧电流(最大值)、电压数据序号 名称 故障前二次值故障时刻二次值故障时刻一次值备注1 主变差流 A 相 0.02 Ie 0.46 Ie2 主变差流 B 相 0.01 Ie 0.50 Ie3 主变差流 C 相 0.01 Ie 0.19 Ie4 高压侧电流 A 相 1.77 A 6.58 A 790 A 2.21I
7、e5 高压侧电流 B 相 1.78 A 16.4 A 1968 A 5.52Ie6 高压侧电流 C 相 1.81 A 9.42 A 1130 A 3.17Ie7 高压侧零序电流 0.01 A 0.01 A8 中压侧电流 A 相 0.81 A 7.55 A 1812 A 2.54Ie9 中压侧电流 B 相 0.92 A 16.44A 3946 A 5.53Ie10 中压侧电流 C 相 0.83 A 8.94 A 2146 A 3.01Ie11 中压侧零序电流 0.05 A 0.17 A12 高压侧电压 A 相 58.80 V 56.50 V13 高压侧电压 B 相 59.70 V 55.10 V
8、14 高压侧电压 C 相 58.90 V 56.80 V15 高压侧零序电压 0.24 V 1.96 V16 中压侧电压 A 相 60.60 V 51.30 V17 中压侧电压 B 相 61.10 V 37.50 V18 中压侧电压 C 相 60.70 V 51.90 V19 中压侧零序电压 0.28 V 0.98 V厂变主接线方式为 Y/Y-12，13.8kV/6kV。厂变高压侧一次额定电流为 669.4A，二次额定电流为 4.18A；厂变分支侧一次额定电流为 1466.4A，二次额定电流为 4.88A；表 4、故障前后厂变各侧电流(最大值)序号 名称 故障前二次值故障时刻二次值故障时刻一次
9、值备注1 厂变差流 A 相 0.05 Ie 0.17 Ie2 厂变差流 B 相 0.05 Ie 0.18 Ie3 厂变差流 C 相 0.05 Ie 0.05 Ie4 厂变侧电流 A 相 2.45 A 6.81 A 1090 A 1.63 Ie5 厂变侧电流 B 相 2.49 A 10.18A 1629 A 2.44 Ie6 厂变侧电流 C 相 2.47 A 6.92 A 1107 A 1.66 Ie7 A 分支电流 A 相 0.94 A 2.82 A 846 A 0.58 Ie8 A 分支电流 B 相 0.98 A 4.25 A 1275 A 0.87 Ie9 A 分支电流 C 相 0.96
10、A 3.04 A 912 A 0.62 Ie10 B 分支电流 A 相 1.73 A 4.76 A 1428 A 0.98 Ie11 B 分支电流 B 相 1.75 A 7.03 A 2109 A 1.44 Ie12 B 分支电流 C 相 1.74 A 5.02 A 1506 A 1.03 Ie励磁变主接线为 Y/D-11,13.8kV/640V。励磁变高压侧一次额定电流为 66.9A，二次额定电流为 2.23A。励磁变低压侧一次额定电流为 1443.5A，二次额定电流为 3.60A。表 5、故障前后励磁变各侧电流(最大值)序号 名称 故障前二次值故障时刻二次值故障时刻一次值备注1 励磁变差流
11、 A 相 0.02 Ie 0.01 Ie2 励磁变差流 B 相 0.01 Ie 0.02 Ie3 励磁变差流 C 相 0.02 Ie 0.03 Ie4 高压侧电流 A 相 1.53 A 1.62 A 48.8 A 0.73 Ie5 高压侧电流 B 相 1.54 A 1.63 A 48.8 A 0.73 Ie6 高压侧电流 C 相 1.50 A 3.24 A 97.0 A 1.45 Ie7 低压侧电流 A 相 2.43 A 0.04 A 14 A 0.01 Ie8 低压侧电流 B 相 2.42 A 4.49 A 1804 A 1.25 Ie9 低压侧电流 C 相 2.40 A 4.49 A 18
12、04 A 1.25 Ie从表 5 中可知故障时低压侧 A 相电流为 0。3、波形分析选取重要波形图如图 2-7。图中三相电流波形 A 相蓝色，B 相绿色，C 相红色。图 2 发电机差动电流波形（蓝色为 A 相，绿色为 B 相，红色为 C 相，录波速率为每周波 24 点，图中横坐标1=0.833ms，差流最大值为 14.55Ie=62.0A，机端电流最大值 B 相一次值为 62025A）图 3 发电机机端三相电压和零序电压波形（蓝色为 A 相，绿色为 B 相，红色为 C 相，录波速率为每周波 24 点，图中横坐标1=0.833ms，发电机中性点零序电压最大值为 42.53V）图 4 主变差动电流
13、波形（蓝色为 A 相，绿色为 B 相，红色为 C 相，录波速率为每周波 24 点，图中横坐标1=0.833ms，差流最大值 B 相为 0.50Ie）图 5 主变高、中压侧电流电压波形（蓝色为 A 相，绿色为 B 相，红色为 C 相，录波速率为每周波 24 点，图中横坐标1=0.833ms。主变高压侧最大电流 B 相一次值为 1968A，中压侧最大电流 B 相一次值为3946A）图 6 高厂变差动电流波形（蓝色为 A 相，绿色为 B 相，红色为 C 相，录波速率为每周波 24 点，图中横坐标1=0.833ms）图 7 励磁交流电流和转子电压波形（蓝色为 A 相，绿色为 B 相，红色为 C 相，录
14、波速率为每周波 24 点，图中横坐标1=0.833ms）图 4、图 5、图 6 波形图为连续 10 个周期（200ms） 。图 2、图 3、图 7 前面 24 个波形为连续波形(480ms)，后 8 个周波为故障发生 2.6 秒后的波形。4、分析结论（1） 由发电机差流波形可知，A 相差流最大为 14.55Ie，B 相差流最大为14.31Ie，而机端 A 相电压为 0.92V，B 相电压为 5.04V，可知发生了 AB两相故障，因此，发电机比率差动、发电机差动速断、发电机工频变化量差动动作正确；（2） 由于机端 A、B 相电压小，C 相电压升高到 81.09V，机端开口三角电压为 47.23V
15、，中性点零序电压为 42.53V，可知，故障为 AB 两相接地故障。机端两相完全接地中性点零序电压约为 57.74V，因此故障点靠近机端。由于定子接地保护延时为 2s，此时零序电压已衰减完毕，因此定子接地保护不会动作出口；（3） 发电机差动出口跳闸矩阵：跳发电机开关、关主汽门、跳灭磁开关、跳厂变分支，由于机端发电机开关跳闸允许电流定值为 35A(相当于一次52500A)，而机端电流最大 B 相为 62025A，因此闭锁跳发电机开关，选择跳主变高、中压侧开关，高、中压侧开关在故障后 69ms 跳开，机端电流小于闭锁定值，在 100ms 时刻跳发电机开关，整个选跳过程正确；（4） 保护动作后，厂变
16、 A、B 分支开关分别在 106ms、116ms 跳开，励磁开关跳开后 195ms 联跳机组、发电机开关跳开后 295ms 联跳机组、主汽门关闭后 2647ms 联跳机组，联跳功能全部正确；（5） 灭磁开关跳开后，由于正常运行时转子直流电流很大，不能突变，通过灭磁电阻释放能量逐渐衰减，在此过程中，定子侧仍具有较高电势，导致中性点故障电流不能马上消失，持续时间与转子电流、故障点弧光电阻有关。从图中可知，故障后 440ms 时发电机中性点 A、B 相故障电流为 1.83Ie（相当于一次 11700A）,故障后 2600ms 发电机中性点 A、B 相故障电流为 69A（一次值） ，基本衰减完毕；（6） 故障时两套机组保护同时动作，可靠性高，由于采用了高速采样及 dsp技术，保护动作速度快（7ms） ，以最快速度切除故障，最大限度的减小了故障对设备的损坏。沈全荣南京南瑞继保电气有限公司2003 年
