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摘要：发电机出口电压互感器高压熔断器熔断，普遍存在在机组开机、运行及停机过程当中。直接影响了发变组保护、同期装置、励磁系统以及测量、计量仪表等的正常工作。下文将以一起发电机出口电压互感器高压熔断器异常熔断的原因和防范措施进行分析，以期提供一些有益的参考和借鉴，避免同类事件的发生。
关键词：发电机出口电压互感器；电压互感器；高压熔断器；熔断器异常熔断；防范措施
引言
电压互感器在发电系统中举足轻重，发变组保护、同期装置、励磁系统以及测量、计量仪表等至关重要设备均使用到。其中，发生电压互感器高压熔断器熔断，将影响机组的正常工作，继而影响机组的安全可靠运行，这对电力系统的安全性、稳定性和可靠性是不利的。
1概要说明
某电厂一期3×390MW机组，采用的是QFR-400-2-20型发电机。其中三台发电机－变压器组保护（简称：发变组保护）均采用WFB-800型成套发变组保护装置，该套装置由三屏组成，其中A屏、B屏均由WFB-801、WFB-802、WFB-803配备装置组成；C屏由非电气量保护装置WFB-804和操作箱组成。
2018年6月7日0点0分，#3机在停机解列过程中，#3发电机出口断路器开关断开后，集控室DCS（Distributed Control System）上收到“#3发电机三次谐波定子接地”的故障信号，数秒后灭磁开关正常断开，机组正常停机。现场检查发现，发变组保护B屏的WFB-801保护装置有“三次谐波定子接地保护动作”的报警信息。
2发变组保护原理及故障分析
2.1定子保护原理及定值整定
该发电机中性点为经高阻接地，故而定子绕组为全绝缘。即便如此，发电机绕组在实际运行应用中仍会因绝缘的老化，机械振动，电压冲击等情况发生短路、单相接地等故障。根据《GB 14285-1993继电保护和安全自动装置技术规程》的规定：对于100MW以上的发电机，应装设保护区为100％的定子接地保护。保护装置带时限动作于信号，必要时动作于停机。[1]基于该规定，为满足发电机100％的定子接地保护，采用基波零序电压型定子接地保护和三次谐波型定子接地保护。[2-3]
基波零序电压型定子接地保护可作为发电机定子绕组从机端算起的动作区80%~90%的定子接地保护，在实际应用当中存在死区，即当中性点附近发生单相接地故障时，能检测到的基波零序电压很小，严重时甚至近似为0，因此当定子绕组中性点附近发生单相接地故障时此型保护灵敏度很低甚至无法动作。
对于大型发电机组，发电机中性点均装设有零序PT，为了达到100％定子接地保护的要求，技术上增设三次谐波型定子接地保护，三次谐波利用机端的中性点电压作为动作量，而用中性点的机端电压作为制动量，且中性点电压大于等于机端电压是作为动作条件，正常运行是保护不动作，当距中性点约50%范围内接地故障，则具有高灵敏性。利用此原理三次谐波与基波零序电压型定子接地保护共同构成100％定子接地保护。
2.2故障录波分析
集控室DCS上收到“#3发电机三次谐波定子接地”的故障信号后，就地查看保护装置动作信号，保护故障信息显示如下：
保护动作时刻：2018年06月06日 23时51分40秒831毫秒
保护动作时间：6000ms
机端三次谐波电压：1.37V∠47°
中性点三次谐波电压：1.07V∠35°
图1 发电机定子接地保护逻辑
发电机定子接地保护逻辑见图1。该逻辑中Us取自发电机机端2PT第III组线圈，故障时机端三次谐波电压大于中性点三次谐波电压的1.1倍，符合匝间保护动作条件，B套三次谐波定子接地保护动作经6001ms延时同时动作出口，保护动作正确。
通过查看发变组故障录波波形可以发现，三次谐波定子接地保护动作的时候，#3机端电压出现了变化，Ua为58V，Ub为56V，Uc为58V，三相电压的不平衡，出现了零序电压。
3故障的处理方法
考虑到零序电压3UO的出现，判断故障可能是由发电机出口PT引起，随后检查发电机出口PT，测量到第二组电压互感器2PT的B相高压熔断器阻值约为2kΩ，判断已熔断，同时发现该熔断器有一端的固定卡簧未卡上，进一步试验检查电压互感器2PT和发电机，各项电气预防试验均正常，随后更换该熔断器后投运该设备，设备正常运行。
3.1高压熔断器熔断原因剖析
为了探究PT高压熔断器异常熔断的原因，我们对已损坏的熔断器进行了解体检查。该熔断器的额定电压是20kV，熔断电流为0.5A，室温环境温度下测量正常的熔断器约为11Ω左右，内部结构如图3所示：熔断器内部由一根绝缘的陶柱连接两端的金属帽，熔体是熔点较低的，比头发稍大的金属丝盘绕在陶柱上，用于连接两端的金属帽。
熔体周围填充满了用于灭弧作用的细石英砂，外表包裹一层陶瓷。仔细检查，发现熔丝断点在端部焊接部位，无明显短路烧熔痕迹，但断点处有绿色氧化层，有过温与焊点脱离的迹象。
图3 高压熔断丝解体图
通过对熔断器的解体检查，结合熔断器有一端的固定卡环未卡住的现象进行分析，推断高压熔断器熔断原因为：熔断器有一端固定卡环未卡住，造成熔断器和底座接触不良，由于断路器合分闸以及其它电动力的影响，造成了流过PT的电流瞬时变化过流，引起了高压熔断器熔丝与端部焊点发热脱离，造成了熔断器的熔断。
结束语
所幸，该起事件是在发电机断开出口开关之后，且作用于投信而非机组跳闸，所以没有造成机组非计划停运，机组也按既定保护停机。燃气发电机组承担着电网调峰作用，单机容量占电网容量很大比例的情况下，发电负荷的突然切除，会对电力系统造成大扰动。为避免电压互感器及高压熔断器故障影响机组运行（特别机组投运后可能引起跳机），应将出口PT及高压熔断器的检查纳入了定期维护计划。定期检查电压互感器、测量熔断器的电阻值，通过数据比对来综合判断熔断器的状况，通过与历次数据的比较，发现有偏差或不合格的立即更换。在发电机摇测绝缘后或进行PT定期检查任务后，牵涉熔断器复装，应有运行和检修人员专人核对检查，无异议后方可结束工作，力求自动保护装置和继电保护的准确、可靠、高效。
参考文献：
[1]GB 14285-1993 继电保护和安全自动装置技术规程[S]
[2]张剑冰，潘后荣. 不接地方式及消弧线圈接地方式与电阻接地方式在核电厂的应用[J]. 产业与科技论坛，2017，16（4）：90-91.
[3]王秋梅，王继工，刘梓洪. 某小型供热机组发电机单相定子接地保护方案探讨[J]. 电气应用，2013（11）：57-61.
作者简介：
丁映桐（1991年），男，广东人，电气助理工程师，主要从事发电厂电气维护检修工作。
论文作者:丁映桐
论文发表刊物:《河南电力》2018年22期
论文发表时间:2019/6/21
标签：熔断器论文; 定子论文; 发电机论文; 谐波论文; 电压互感器论文; 电压论文; 机组论文; 《河南电力》2018年22期论文;