火電機組電氣啟動試驗中的問題及處理

孫鋼虎，兀鵬越，牛利濤，張文斌，彭金寧

(西安熱工研究院有限責任公司，西安市 710043)

0 引言

大型火電機組首次啟動過程中，要進行一系列的電氣試驗，稱之為總啟動試驗。試驗目的是檢驗電氣一次、二次設(shè)備的設(shè)計、制造、安裝及調(diào)試質(zhì)量，檢驗電氣系統(tǒng)的完整性、可靠性，及時發(fā)現(xiàn)并消除可能存在的缺陷，保證電氣系統(tǒng)及設(shè)備能夠安全正常投入運行。電氣總啟動試驗是系統(tǒng)性的大型試驗，具有試驗內(nèi)容多、試驗時間長、工作強度大的特點，對試驗人員的技術(shù)水平、組織能力、對突發(fā)問題的應對能力以及生理心理承受能力都是極大的考驗。如何安全、順利地完成機組的電氣總啟動試驗，是電氣調(diào)試人員在整個調(diào)試過程中需考慮的最重要問題。

筆者根據(jù)近年來參與的多臺大型機組電氣整套啟動調(diào)試的實踐，列舉了常見的4類啟動試驗問題，并對每類問題產(chǎn)生的原因進行分析，探尋其發(fā)生的內(nèi)在規(guī)律，并給出了防范和應對辦法，供相關(guān)人員參考。

1 試驗操作問題案例

操作問題主要是運行人員和調(diào)試人員在試驗過程中操作設(shè)備，或者采取試驗臨時措施中出現(xiàn)的問題。出現(xiàn)問題的類型主要有:操作漏項、操作不到位、操作錯誤、操作失誤等，原因是工作責任心不夠、經(jīng)驗欠缺以及工作能力不足。

1.1 電壓互感器小車未合導致誤強勵

2007年4 月，某300 MW機組啟動試驗時，當勵磁系統(tǒng)首次起勵后，勵磁系統(tǒng)過電壓動作，跳開滅磁開關(guān)，而發(fā)變組保護無異常。

事故發(fā)生后，檢查發(fā)電機機端電壓互感器小車未推入。分析認為，發(fā)電機升壓時，由于電壓互感器未接入，所有二次回路檢測不到發(fā)電機電壓，勵磁系統(tǒng)根據(jù)電壓閉環(huán)原理持續(xù)增加勵磁，發(fā)生誤強勵事故。

1.2 電壓互感器一次保險安裝不到位導致匝間保護動作

2011年5月，某330 MW機組在啟動時，勵磁系統(tǒng)剛開始建壓，發(fā)電機匝間保護動作，跳滅磁開關(guān)并關(guān)閉主汽門，機組停機。事故發(fā)生后，檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機用于匝間短路的1TV電壓互感器C相一次保險安裝不到位，未接觸上金屬觸頭。當發(fā)電機起勵后，保護裝置因缺少C相電壓，而檢測出零序電壓，由于此時發(fā)電機電壓尚未正常，還無法判斷電壓互感器斷線，因此匝間保護誤動作。

1.3 廠用6 kV電壓互感器小車裝反

2011年3月，某3號機組廠用受電時，A段備用電源進線開關(guān)合閘后，調(diào)試人員檢查發(fā)現(xiàn)備用電源進線PT二次側(cè)相電壓為反相序。

為確認檢查問題，在A、B段之間進行二次核相，A-A電壓100 V，C-C電壓100 V，B-B電壓0 V，由此斷定A段電壓反相。為排除一次相序錯誤，用高壓核相棒在A、B段之間進行一次核相，確認一次進線相序正確。進一步檢查，發(fā)現(xiàn)工作電源進線和備用電源進線電壓互感器小車裝反。由于一次電源進線相序空間結(jié)構(gòu)相反，工作電源進線和備用電源進線間隔電壓互感器小車相序也相反。而2個小車結(jié)構(gòu)外形完全一致，且未有明顯編號標識，因此導致運行人員在操作時搞錯電壓互感器小車，發(fā)生相序錯誤。

1.4 并網(wǎng)信號解除與恢復

2006年7月，某廠5號機組沖轉(zhuǎn)過程中，汽輪機控制方式為轉(zhuǎn)速控制，當汽輪機在1 000 r/min進行暖機時，當值運行人員為提前做發(fā)變組短路試驗的準備，就地合5號發(fā)變組出口主開關(guān)后，汽輪機轉(zhuǎn)速突然上升，至1 800 r/min時運行人員打閘停機。

檢查發(fā)現(xiàn)，在短路試驗前，電氣試驗人員與熱控試驗人員未充分溝通，未解除并網(wǎng)信號控制汽輪機由轉(zhuǎn)速控制切換為功率控制方式的邏輯，導致將短路試驗合斷路器誤認為并網(wǎng)狀態(tài)，汽機控制轉(zhuǎn)為功率控制方式而升速。

與此相反，當電氣試驗結(jié)束，機組準備并網(wǎng)前，應該恢復發(fā)電機并網(wǎng)信號，從而使得并網(wǎng)后汽機轉(zhuǎn)為功率控制方式，帶初始負荷運行。2008年6月，某電廠5號機組首次并網(wǎng)，由于熱控人員忘記恢復并網(wǎng)邏輯，并網(wǎng)后機組功率一直在－1 MW和0之間徘徊，屬于逆功率運行狀態(tài)，沒有帶上預定的初始負荷。機組異常運行約1 min后，熱控人員恢復并網(wǎng)邏輯，機組才帶上初始負荷。

1.5 操作問題的防范

從近年多個工程現(xiàn)場的情況來看，由于試驗操作引起的問題時有發(fā)生。此類問題發(fā)生的根本原因在于責任心不強，沒有嚴格按照試驗方案執(zhí)行，此類問題是應該、并且也是能夠避免發(fā)生的。作為運行人員，應該嚴格按照試驗方案以及操作票執(zhí)行操作，防止跳項、漏項，對每1項操作結(jié)果要進行確認，正確無誤后方可執(zhí)行下一步操作。作為調(diào)試人員，應深入了解各項試驗的原理及操作方法。雖然不同機組電氣總啟動試驗有所差別，但總體程序還是基本一致的，試驗過程的操作也大同小異，因操作問題而可能發(fā)生的問題也是有規(guī)可循的。調(diào)試人員應該清楚知道可能出現(xiàn)的操作失誤，以及由此產(chǎn)生的后果，并采取有效的措施，如試驗前技術(shù)交底、做好試驗記錄、監(jiān)護、指導并及時糾正運行人員的試驗操作，杜絕此類問題的發(fā)生。

2 設(shè)備配合問題案例

由于是機組首次啟動，所有電氣一次、二次設(shè)備和回路第1次同時工作，在有的設(shè)備之間就會出現(xiàn)相互之間的影響，導致某些設(shè)備不能正常工作、某些試驗達不到預期的效果。例如，雙套配置的轉(zhuǎn)子接地保護由于互相沖突，平時只能投入1套，如果雙套同時投入，就會報警。雙套轉(zhuǎn)子接地保護相互沖突已被電氣人員所熟知，然后，在機組電氣啟動試驗中，還有一些不常遇到的設(shè)備沖突問題。

2.1 線性滅磁電阻對轉(zhuǎn)子交流阻抗測量的影響

2011年7月16日，某330 MW整套機組啟動調(diào)試期間，機組定速3 000 r/min時，在發(fā)電機機端碳刷處進行轉(zhuǎn)子交流阻抗測量。當給轉(zhuǎn)子施加220 V交流電壓時，電流達到了120 A，遠遠大于交流阻抗出廠測量值31 A，導致電源開關(guān)跳閘。

經(jīng)檢查，該機勵磁系統(tǒng)采用“晶閘管跨接器+線性滅磁電阻”的智能化滅磁柜，滅磁電阻約為2 Ω。當滅磁開關(guān)分開后，滅磁開關(guān)的輔助觸點去觸發(fā)晶閘管跨接器，使得跨接器晶閘管導通，相當于將線性滅磁電阻直接與轉(zhuǎn)子繞組并聯(lián)在一起。當在轉(zhuǎn)子繞組上施加交流電壓后，線性滅磁電阻會分流，經(jīng)計算分流電流約90 A。

當拆開滅磁電阻回路后，再次測量轉(zhuǎn)子交流阻抗，測量值與出廠值基本一致。

2.2 軸電壓抑制器對轉(zhuǎn)子接地保護的影響

2009年9月11日，某670 MW機組進行發(fā)電機短路試驗，當機端電流升至8 kA(勵磁電壓99 V，勵磁電流1.025 kA)時，發(fā)變組保護A柜發(fā)“轉(zhuǎn)子一點接地報警”信號。

停機檢查，轉(zhuǎn)子絕緣正常，滅磁電阻柜內(nèi)絕緣為18 kΩ，而該機組A柜乒乓式轉(zhuǎn)子接地保護報警值為20 kΩ，因此報警。分析認為，該柜內(nèi)裝設(shè)有阻容原理的軸電壓抑制回路，導致對地絕緣較低。鑒于該機組軸電壓不高，取消軸電壓抑制回路無甚影響，因此拆除了軸電壓抑制回路。然后，測得滅磁電阻柜絕緣大于2.5 MΩ。再次啟機后，再未發(fā)轉(zhuǎn)子接地報警信號。

2.3 注入式轉(zhuǎn)子接地對軸電壓的影響

2010年12月20日，某1 036 MW機組首次并網(wǎng)成功后，測量軸電壓U1=18 V，高于一般機組10 V以下的軸電壓水平。

分析認為，該機組采用注入式轉(zhuǎn)子接地保護，在轉(zhuǎn)子上疊加了電源電壓約為46 V、頻率1 Hz的低頻電壓。由于轉(zhuǎn)子繞組緊密纏繞在大軸上，因此可能會將此電壓耦合到大軸上。為驗證上述分析，2010年12月30日，在機組帶300 MW負荷的情況下，申請退出注入式轉(zhuǎn)子一點接地保護的低頻電源后，測量發(fā)電機軸電壓U1=7.8 V，屬于正常水平。

由于該機組軸承主絕緣采用雙絕緣，絕緣可靠性非常高，因此18 V的軸電壓不會導致軸承油膜擊穿，機組可以正常運行。因此建議不采取特別措施，僅對發(fā)電機主絕緣和軸電壓做好定期監(jiān)測，必要時進行潤滑油化驗以檢測油質(zhì)是否劣化［1］。

2.4 斷路器防跳回路沖突

海門電廠1號起備變斷路器、上安電廠500 kV斷路器在設(shè)備通電調(diào)試時，均出現(xiàn)斷路器只能合分1次后就保持在跳閘位置，同時操作箱跳、合閘監(jiān)視燈均點亮，除非操作電源斷電后再送上，否則不能再次合閘操作的情形。

該問題屬于典型的斷路器本體防跳繼電器與操作箱合閘監(jiān)視回路電阻不匹配問題，導致防跳繼電器不能返回，閉鎖合閘回路，導致斷路器無法再次合閘。解決辦法是在合閘監(jiān)視回路中增加串聯(lián)斷路器常閉觸點，合閘后強制斷開合閘監(jiān)視回路，復歸防跳繼電器。這樣，即使兩者電阻不匹配，也不會出現(xiàn)防跳繼電器不返回的情況［2］。

2.5 設(shè)備沖突問題的處理

由現(xiàn)場情況來看，新設(shè)備之間的互相沖突、互相影響現(xiàn)場時有發(fā)生，這類問題原因一般較為復雜、隱蔽，解決難度較大。隨著類似問題在現(xiàn)場的不斷發(fā)生，發(fā)現(xiàn)其中還是有一定的內(nèi)在規(guī)律，某些設(shè)備在一起沖突是必然的，會在不同的工程中反復遇到。作為調(diào)試工程師應善于對這些問題加以總結(jié)，發(fā)現(xiàn)其中的內(nèi)在規(guī)律，就能預想到啟動試驗過程中可能出現(xiàn)的一些設(shè)備之間的沖突，也就能夠在出現(xiàn)問題時及時、正確提出應對措施。

3 設(shè)計問題案例

設(shè)計問題也是新機組調(diào)試過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題。大部分設(shè)計問題在靜態(tài)檢查和分系統(tǒng)調(diào)試過程中會被發(fā)現(xiàn)和解決，但也有部分問題只有設(shè)備帶電正式運行后才會暴露出來。

3.1 勵磁變變比設(shè)計對發(fā)電機短路試驗的影響

勵磁電壓的選擇一般是根據(jù)勵磁系統(tǒng)強勵等工況的要求來設(shè)計的。如果發(fā)電機額定電壓較高，而勵磁電壓選擇較低，就會導致勵磁變變比較大。對于自并勵機組，啟動試驗時所需的臨時勵磁電源取自6 kV高壓廠用電，勵磁電源電壓遠低于正式的發(fā)電機電壓，就會導致在發(fā)電機短路試驗時勵磁電壓不夠，無法獲得發(fā)電機額定短路電流所需的勵磁電流。這種情況在發(fā)電機電壓大于24 kV的多臺機組出現(xiàn)過。

如果勵磁電壓確實無法改變，一個較好的解決辦法是將勵磁變壓器設(shè)計成帶有試驗分接頭的形式，專供啟動試驗使用。這就需要設(shè)計單位和業(yè)主在訂貨時充分考慮。

3.2 勵磁電壓分壓電阻設(shè)計不合理

某廠1號機組發(fā)電機空載零起升壓過程中，發(fā)變組保護、故障錄波器測得的轉(zhuǎn)子電壓與實際值偏差超過30%，導致失磁保護勵磁電壓判據(jù)不能投入，故障錄波器勵磁電壓無法準確測量。

按照設(shè)計意圖，為防止高電壓進入二次盤柜，該勵磁系統(tǒng)輸出的轉(zhuǎn)子電壓采用電阻分壓方式，輸出分壓比例為15∶1。停機后，甩開外接線，在勵磁系統(tǒng)勵磁電壓輸出端子上測得勵磁系統(tǒng)內(nèi)阻90 kΩ;在發(fā)變組保護柜測得負載電阻為175 kΩ，在故障錄播器柜測得負載電阻100 kΩ。由于負載電阻和分壓電阻同一數(shù)量級，電阻的分壓作用導致實際分壓比遠遠偏離原設(shè)計值。由于勵磁電壓偏移太大，只能在發(fā)變組保護中取消失磁保護勵磁電壓判據(jù)［3］。

2010年底投產(chǎn)的3號機組吸取上述教訓，設(shè)計改由勵磁系統(tǒng)的變送器送出4～20 mA勵磁電壓信號至保護柜，從而能夠投入失磁保護勵磁電壓判據(jù);而故障錄波器采用直采勵磁電壓，運行效果良好。

3.3 發(fā)電機接地變二次電阻變比錯誤

2011年7 月，某3×330 MW機組3號機組首次啟動后，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機中性點零序電壓低于機端零序電壓，滿負荷時中性點零序電壓0.98 V，機端零序0.55 V。

3.4 主變差動電流互感器選擇錯誤

某大型機組啟動調(diào)試期間，調(diào)試人員在檢查電流互感器本體銘牌配置時發(fā)現(xiàn)，主變差動保護的高壓側(cè)及發(fā)電機側(cè)電流互感器均設(shè)計為TPY級，而高廠變側(cè)電流互感器卻選擇為5P40級。根據(jù)設(shè)計規(guī)程［4］，差動保護的電流互感器選擇應一致，顯然此處設(shè)計與規(guī)程不符。但是機組已即將啟動，如需更換電流互感器，從訂貨到制作、運輸、安裝，將是一個漫長的過程，是現(xiàn)場情況所不允許的。因此，該問題只能留待以后解決。

3.5 設(shè)計問題的處理

由于設(shè)計錯誤帶來的現(xiàn)場問題，發(fā)現(xiàn)越晚，處理難度越大、代價越大，甚至有的問題難以處理，設(shè)計問題最好的解決辦法就是及早發(fā)現(xiàn)。因此，一方面，建議改變現(xiàn)行的調(diào)試單位在工程后期才參與進來的做法，業(yè)主應及早要求調(diào)試單位在聯(lián)絡、設(shè)計階段就介入工程，參與方案的討論及圖紙的審查。另一方面，在工程現(xiàn)場施工、調(diào)試過程中，調(diào)試人員既要尊重設(shè)計，也要勇于質(zhì)疑設(shè)計，不能盲目迷信。對于可能存在的設(shè)計問題，除及時與業(yè)主、監(jiān)理及現(xiàn)場設(shè)計工地代表溝通，必要時還要以書面形式提出自己的意見。在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)此類問題，調(diào)試人員應檢查分析原因，給出解決處理的建議。

4 設(shè)備安裝質(zhì)量問題案例

由于基建工期、安裝人員技術(shù)水平、設(shè)備質(zhì)量等原因，很多工程安裝質(zhì)量較差，尤其是電氣一次、二次回路接線，在新機組調(diào)試過程中會出現(xiàn)很多問題。

4.1 電流回路分流

淮陰電廠5號機組發(fā)電機短路試驗時，發(fā)變組保護屏的2組發(fā)電機電流三相不平衡，一組A相電流偏小，另一組C相電流偏小，而且發(fā)電機差動保護A、C相出現(xiàn)了較大的差流，且差流越限報警。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，電流互感器接線盒蓋壓在二次接線上，并壓破了電纜外皮絕緣，造成電流互感器二次回路與接線盒蓋短路接地，發(fā)生了二次電流分流，導致保護裝置二次電流采樣偏小。

4.2 匝間專用電壓互感器一次電纜未聯(lián)接

2009年7月25日，河源電廠一期工程2號機組進行電氣整套啟動的發(fā)變組空載試驗時，發(fā)電機出口全絕緣電壓互感器零序電壓較其他機組大。檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機匝間保護專用電壓互感器中性點至發(fā)電機中性點一次電纜未連接，電壓互感器一次中性點未接地導致零序電壓過大。

4.3 母排反相序安裝

新華電廠“大代小”330 MW機組，電氣整套啟動試驗中，勵磁空載試驗，發(fā)現(xiàn)勵磁系統(tǒng)不能正常勵磁，勵磁電流比發(fā)電機空載明顯增大。經(jīng)檢查，勵磁變低壓側(cè)至調(diào)節(jié)器的共箱母線的相序為反相序。

4.4 一次電纜位置接錯

2002年3月，寶雞3號機組接錯一次電纜位置，將中性點電纜接在發(fā)電機出口到電壓互感器的引接線母排上，實際造成發(fā)電機首尾短接。在發(fā)電機短路試驗首次起勵過程中，短接電纜在發(fā)電機定子大電流沖擊下瞬間閃絡、燒斷起火，造成發(fā)電機出口一組保護專用電壓互感器、一組避雷器嚴重燒損報廢。

4.5 電流互感器二次繞組等級接錯

張家口二期4×300 MW工程5號機組帶負荷試運期間，進行廠用備用電源向工作電源切換過程中，高廠變差動保護動作，機組跳閘全停。

檢查發(fā)現(xiàn)廠用分支電流互感器等級用錯，即誤將電流互感器二次0.5級測量繞組用作保護用5P20級繞組，由于測量級電流互感器伏安特性線性范圍較小，在廠用切換過程中，系統(tǒng)存在較大環(huán)流，導致測量級電流互感器飽和，從而在差動回路形成較大的差流，保護動作跳閘。

4.6 設(shè)備安裝問題的防范

安裝施工帶來的一次、二次接線問題，主要依靠在安裝階段安裝單位技術(shù)員自查，在靜態(tài)和分系統(tǒng)調(diào)試階段調(diào)試人員復查。此類問題在整套啟動前應該全部檢查完畢，不應該帶入啟動過程中。作為調(diào)試人員，在設(shè)備安裝完成后，應及時進行復查，尤其是對經(jīng)常可能發(fā)生的、比較隱蔽的設(shè)備安裝缺陷做重點檢查。

5 結(jié)語

通過對筆者近年來在大機組電氣總啟動試驗過程中常見的操作問題、設(shè)備配合問題、設(shè)計問題及安裝質(zhì)量問題的一些實際案例的分析，指出電氣啟動試驗過程中出現(xiàn)的問題在看似偶然的表象下面，是有一定的規(guī)律可循的，要從眾多的現(xiàn)場問題中總結(jié)規(guī)律、汲取經(jīng)驗教訓，對于不同的問題，要采取不同的防范及處理方法，防止類似問題的發(fā)生。

［1］張文斌，兀鵬越.華能海門電廠1號機組整套啟動調(diào)試報告［R］.西安:西安熱工研究院有限公司，2009.

［2］兀鵬越，董志成，陳琨，等.高壓斷路器防跳回路的應用及問題探討［J］.電力自動化設(shè)備，2010，30(9):57-59.

［3］兀鵬越，胡任亞，陳飛文，等.1 036 MW機組的電氣整套啟動調(diào)試［J］.電力建設(shè)，2010，31(7):77-79.

［4］國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會.DL 5000—2000火力發(fā)電廠設(shè)計技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國電力出版社，2000.

(編輯:馬曉華)