北方联合电力有限责任公司达拉特发电厂1号机组（330 MW）于1995年11月投产，发变组保护装置于2004年5月改造为国电南京自动化股份有限公司DGT801 数字式发电机变压器组保护装置。2015年6月，1号发电机保护出现数次“发电机3ω定子接地”保护动作信号，均为瞬时性动作，期间对中性点接地变压器一次接地回路及相关二次回路进行了检查，未发现问题。之后对保护动作情况进行跟踪分析，7月，故障发生频率提高，分析保护动作报告后，确定了故障点位置，不停机进行处理后故障消除。

2.1 发电机定子接地保护构成

达拉特发电厂1 号发电机定子接地保护为100%定子接地保护，由反应基波零序电压3U₀定子接地保护和反应三次谐波电压3ω定子接地保护2部分构成，其中，基波零序电压式定子接地保护范围为机端至机内90%左右的定子绕组单相接地故障；三次谐波电压式定子接地保护范围为发电机中性点向机内20%左右定子绕组或机端附近定子绕组单相接地故障^{[1, 2]}。

3U₀定子接地保护基波零序电压取自发电机中性点接地变压器线圈二次电压，保护出口方式为全停；3ω定子接地保护三次谐波电压取自发电机中性点接地变压器线圈二次电压及发电机机端TV二次开口三角形电压，保护出口方式为发信号。

三次谐波电压式定子接地保护，按比较发电机中性点及机端三次谐波电压的大小和相位原理构成。发电机正常运行情况下，发电机中性点处三次谐波电压大于机端三次谐波电压。其交流输入回路示意图如图 1所示^[3]。

图 1

图 1 三次谐波定子接地保护交流输入回路

达拉特发电厂1号机组采用矢量比较式（大小和相位）3ω定子接地保护，其动作方程为：

图 2

图 2 正常运行时1号发电机3ω定子接地保护界面

当保护满足上述动作方程及延时时间时，发电机3ω定子接地保护动作出口^[5]。

查阅1号发电机正常运行时发电机3ω定子接地保护画面（见图 2），其动作量U_3dz=0.21 V，制动量U_3zd为1.72 V左右（不同工况下该值略有不同），正常运行时保护动作量很小，制动量很大，说明调试时按发电机空载额定电压工况下自动整定系数K₁、K₂正确，保护状态正确。

调取保护装置采样值，从保护通道上查看发电机中性点处三次谐波电压值及发电机机端开口三角三次谐波电压值，如图 3所示，CH25通道为发电机中性点三次谐波电压值（U_3N），CH27通道为发电机机端开口三角三次谐波电压值（U_3S）。由图 3可知二者幅值，U_3N=3.82 V，U_3S=2.73 V，二者相位相差180°，接线及极性正确。

图 3

图 3 正常运行时1号发电机保护采样值界面

查阅1号发电机正常运行时发电机3U₀定子接地保护画面，如图 4所示。该工况下滤除三次谐波后发电机定子接地基波电压为0.21 V左右，该值取自发电机中性点接地变压器二次电压。

图 4

图 4 正常运行时1号发电机3U0定子接地保护界面

3.2.1 制动量为0

多次查阅发电机3ω定子接地保护动作报告，如图 5所示，其动作量U_3dz为1.6 V左右，制动量U_3zd为0.0 V。制动量为0，说明装置的发电机中性点侧三次谐波电压为0。但是，由于现场电磁干扰，中性点接地变压器二次侧及连线开路时，保护装置的三次谐波电压不会为0。因此根据制动量为0，判断可能是一次设备发生了故障，且不是发电机定子绕组发生了接地故障。故障点应位于发电机中性点连接处至中性点接地变压器之间，或是接地变压器一次侧至接地点的连线虚接开路。保护动作时，由于中性点电压为0，若发电机定子绕组某相同时发生接地故障，则3U₀定子接地保护不动作。

图 5

图 5 1号发电机3ω定子接地保护动作报告（制动量为0）

由于故障为瞬时性故障，当某次发电机3ω定子接地保护动作时，刚好观察到发电机3U₀定子接地保护界面（见图 6），发电机定子接地基波电压由0.2V左右基本变为0 V，证明上述分析正确。

图 6

图 6 发电机3ω定子接地保护动作时3U0定子 接地保护界面

查看发生过的几次发电机3ω定子接地保护动作报告中制动量不为0的情况，1号发电机3ω定子接地保护动作报告如图 7所示，制动量U_3zd 为0.72V，动作量U_3dz为0.73 V。排除二次回路故障原因，判断一次设备故障点位于发电机中性点连接处至机内10%定子绕组内，或是其他原因导致中性点侧接地变压器二次电压异常。

图 7

图 7 1号发电机3ω定子接地保护动作 报告（制动量不为0）

如保护动作时信号不能复归，可查看3U₀定子接地保护界面的3U₀实时值（已滤除三次谐波量），若靠近中性点附近定子绕组真的发生了接地故障，则此时发电机3U₀保护界面应有几V的电压（正常运行时该处电压显示一般为0.2 V左右）。若电压较高，则危险性较大，当电压大于13 V时，则基波3U₀定子接地保护动作，出口方式为全停。另外，此时测量发电机各相TV二次对地电压，如发生中性点附近定子绕组对地接地故障，则接地相对地电压降低，非故障相对地电压升高，线电压仍然平衡且为正常值，此时1TV开口三角处也能测量出比正常值高一些的电压值。该情况下当3ω定子接地信号始终不能复归且3U₀保护界面值较大时，为机组安全考虑，需停机处理，进行发电机相关试验。

4.1 原因分析

发电机3ω定子接地保护动作初期，由于都是瞬时复归，首先检查了发电机中性点接地变压器一次回路的接地点，接地良好。如果中性点侧电压二次线开路或短路，也会满足保护动作判据，引起发电机3ω定子接地保护动作，因此检查了保护二次回路。经测试，发电机中性点接地变压器二次电压至保护柜电缆二次线的绝缘良好，端子接线压接良好。观察发电机定子接地保护各相关界面及采样结果均正常，说明不是由于保护二次回路故障引起的保护动作。在发电机中性点接地变压器处测量其二次电压，为3.85 V（不同时间多次测量结果一般为2~5 V），折算到一次侧为402 V（接地变压器变比为24 kV/0.23 kV），与实际测量接地变压器一次值基本相同，说明接地变压器正常。

随着保护动作频率的增加，对现场保护报告进行了分析，由于保护制动量为0的次数最多，且后期再未发生制动量不为0的保护动作，因此判断故障点位于发电机中性点连接处至中性点接地变压器之间，可能是中性点连接处支撑绝缘子及中性点连接处至接地变压器连接铜板脏污引起闪络，导致保护动作；或者是由于接地变压器一次侧至接地点的连线虚接开路导致保护动作。

由于机组运行时发电机中性点处一次电压较高（400 V），做好安全措施后，对发电机中性点连接处支撑绝缘子及附近铜板进行了清扫，并对发电机中性点接地变压器一次连线的螺丝进行紧固，处理后发电机运行正常，3ω定子接地保护再未发生动作。

本次故障的发生，暴露出检修人员对发电机中性点及接地变压器处的一次设备检修维护不到位问题，建议今后在各机组检修时，必须进行发电机中性点处绝缘子、接地变压器、并联电阻、零序电流互感器及其相应连接铜板的设备检查、试验、螺丝紧固、清扫等工作，防止此类故障的发生。