十三陵蓄能电厂电气故障 继电保护动作分析及故障处理(一)

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十三陵蓄能电厂电气故障
继电保护动作分析及故障处理 王东文，任志武 （十三陵蓄能电厂，北京102200） 关键词：电气故障；继电保护；故障处理；故障预防；十三陵蓄能电厂
摘 要：十三陵蓄能电厂全部投产运行已5年，其间电气设备先后发生了一些故障，主要有：发电机转子接地故障、发电机轴电流故障、220 kV主短路器触头放电故障、3G母线三相短路故障、220 kV电缆接地故障等。通过对主要故障及继电保护动作的分析，弄清了故障发生的原因，作了正确处理，预防了同类故障的再次发生，保证了电厂的安全稳定运行。 十三陵抽水蓄能电站位于北京市昌平境内，以原十三陵水库为下库，以人工修建的蟒山天池为上库，装机800 MW，担负着华北电网主力调峰、调频任务，并且肩负着首都电网紧急事故备用的重任。该厂于1992年开始建设，1995年首台机组并网运行，1997年4台机组全部建成投产。十三陵蓄能电厂自调试投产以来，10 kV厂用电系统，220 kV线路，以及发电/电动机组都先后发生过电气故障。下面从故障发生的原因、故障发生时继电保护及自动装置的动作情况进行分析，并从故障发生后的处理过程以及根据故障情况电厂所采取的针对性预防措施等方面进行总结，以避免同类型故障的再次发生，同时也为其他抽水蓄能电厂提供参考。 1电气设备接线及继电保护配置
十三陵蓄能电厂装有4台200 MW的可逆式发电／电动机组，都采用发电机-变压器组单元接线，每2个发变组单元接入一条220 kV单母线，并由220 kV线路与昌平变电站连接，接入华北主网。线路在十三陵侧没有断路器，另外每条母线连接1台厂用高压变压器，供10 kV厂用母线及变频启动电源（见图1，3、4号机及陵昌二线与之相同）。两条单母线之间没有电气联系，电气主接线简单明了。
每个发变组单元装有差动保护，低压过流保护，定子接地保护，转子接地保护，负序保护，匝间保护，失步保护，失磁保护，轴电流保护，瓦斯保护等。母线装有比相式差动保护。220 kV线路装有双套LFCB-102型数字光纤电流差动保护作为线路的主保护，WXB-11C型距离、零序电流保护作为线路的后备保护。由于十三陵侧没有线路断路器，所以光纤差动保护还担负着母差、开关失灵，后备距离保护直跳线路对侧断路器的作用。厂用高压变压器装有差动、速断、过流保护。10 kV厂用电母线装有低电压跳闸、备用电源自投、母线单相接地报警等自动装置。
2主要电气故障及继电保护动作分析
2.1发电机转子接地故障
1997年6月26日，1号机组在发电工况运行中机组转子接地保护动作报警。转子接地保护利用在发电机转子回路上叠加15V的方波交流电压，测量转子对地绝缘水平构成。故障后停机检查，转子回路对地摇绝缘检查情况良好；人为利用电阻箱将接地保护回路接地，检查转子接地保护继电器工作正常。机组再次手动开机，空转不加励磁电流，利用摇表测量转子对地绝缘，此时转子对地绝缘电阻为零。利用电桥法寻找接地点在整个转子回路的1/2处，也就是发电机转子的第六号磁极。停机后，打开机组第六号磁极对应的盖板和挡板检查，发现第六号磁极与第七号磁极之间的由多层软铜片做的转子磁极外连接有部分铜片一头开焊，当机组开机旋转时，由于离心力的作用，开焊的软铜片与机组挡板接触而造成转子接地。机组转子接地保护动作正确。根据这种情况，电厂决定对所有发电机的转子磁极的外连接进行检查，并同发电机生产厂家ELIN公司的专家对现场所有4台机组共同进行检查，发现有部分转子磁极的软连接有松动现象，电厂和外方专家对发现的问题进行了扩大性预防处理，避免了其他机组转子接地故障的发生。
2.2发电机轴电流故障
1998年7月13日，2号机组在运行中发电机轴电流保护动作跳闸停机。发电机在正常运行时由于磁场的不平衡，在大轴的两端会感应出电压。大轴通过接地刷接地，保证其对地电位为零，发电机的上导轴承的轴领是绝缘的，因此，在上导轴承和接地刷之间不会产生环流（见图2）。一旦上导轴承的绝缘破坏，在轴承、大轴和接地刷之间产生电流，会造成导瓦的局部放电发热损坏。因此在大轴上加装轴电流CT构成轴电流保护。由此可见，轴电流保护动作势必在发电机上导轴承有接地点。将发电机上导轴承拆开检查，发现发电机上导轴承油盆内的挡油圈开焊脱落，与发电机大轴接触，造成轴电流保护动作跳闸停机。根据此情况，电厂利用机组检修的机会，对其他机组的上导油盆挡油圈进行焊接加固处理，避免了同类故障的再次发生，保证了机组的安全运行。 2.3220 kV主短路器触头放电故障
1999年10月6日，1号机组在变频器抽水启动过程中，机组转速升至额定转速，机端电压已达到机组额定电压，自动同期装置工作寻找同期点准备并网，此时1号机组发变组单元差动保护瞬时动作，保护动作跳1号机220 kV主开关、灭磁、停机，与此同时，1号机220 kV主断路器开关失灵保护动作，瞬时再跳1号机220 kV主开关，延时后经由光纤差动保护直跳线路对侧开关，跳1号厂高变开关，跳2号机主开关（2号机原在停机状态）。故障后，对发电机、主变压器进行检查试验，未发现任何问题，在开关与母线隔离刀断开的情况下，发电机、变压器做零起升压至额定电压试验正常，对1号主开关进行保护跳闸传动试验，开关动作正常。分析故障时电压、电流录波数据，发现故障时220 kV系统B相对地电压为零，1号主变压器B相有故障电流，又根据故障发生在开关准备并网前，因此，初步分析故障为开关并网前B相动、静触头间击穿并通过GIS外壳对地放电。由于开关为GIS全封闭组合电器，从外部看不到任何故障痕迹，电厂立即要求外方到现场进行解体检查，检查发现开关B相动、静触头间击穿并对地放电，与分析的情况一致。主开关在发变组差动保护范围内，因此发变组差动保护动作；由于开关故障发生在并网前，虽然差动保护动作灭磁、停机，但220 kV主系统仍通过开关故障相接地，1号主变压器高压侧中性点接地运行，因此在主变高压侧仍有故障电流，启动开关失灵保护动作。