發(fā)電機出口20kV電壓互感器燒損導致機組跳閘的分析和處理

黃文彪

（中國華電集團貴港發(fā)電有限公司 廣西貴港市 537100）

發(fā)電機出口20kV電壓互感器燒損導致機組跳閘的分析和處理

黃文彪

（中國華電集團貴港發(fā)電有限公司 廣西貴港市 537100）

對某火力發(fā)電廠電壓互感器燒損導致機組跳閘事件進行分析，通過對現(xiàn)場一次設(shè)備和二次回路檢查、調(diào)取保護裝置動作信息、電壓互感器預防性試驗等，對可能引起電壓互感器燒損的因素逐一排除，找到了電壓互感器損壞的直接原因，并提出了相應的解決措施，為預防和處理電磁式電壓互感器絕緣故障提供經(jīng)驗。

電壓互感器；匝間短路；氣泡；局部放電

1 前言

近年來，國內(nèi)電磁式電壓互感器燒損事件時有發(fā)生，有的輕微擊穿、有的發(fā)生爆炸，主要原因有鐵磁諧振過電壓或過電流、PT二次回路過負荷或短路、PT制作工藝差等，本文對一起火力發(fā)電機組跳閘事故進行分析，通過現(xiàn)場檢查和對故障數(shù)據(jù)分析，查明電壓互感器絕緣擊穿是導致機組跳閘的直接原因，再通過試驗驗證，得出電壓互感器制作時內(nèi)部存在氣泡、長期局部放電導致匝間短路是事故的根本原因，并提出了相應的防范措施。

2 故障情況和初步排查情況

2.1 故障情況

2015年8月13日16：54，某火力發(fā)電廠#2機組負荷365MW，機組AGC運行方式。16：54：45，#2發(fā)電機變壓器組主一、主二保護發(fā)電機G60保護裝置“95%定子接地”、“TRIP”、“VOLTAGE”、“NEUTRAL/ GROUND”燈亮，95%定子接地保護動作，裝置全停出口跳#2主變高壓側(cè)5002開關(guān)，#2發(fā)電機跳閘，汽輪機、鍋爐聯(lián)跳，廠用電自動切換正常。

2.2 電氣一次設(shè)備排查情況

對#2主變、高廠變、發(fā)電機、勵磁變本體及封閉母線等一次設(shè)備的外觀、溫度監(jiān)視、在線監(jiān)測等進行全面檢查，發(fā)現(xiàn)#2發(fā)電機出口電壓互感器3PTA相有輕微異常：外表有一條1cm左右的裂紋、有異味、互感器本體發(fā)熱，其余一次設(shè)備檢查未發(fā)現(xiàn)異常。

對發(fā)電機出口電壓互感器、避雷器、發(fā)電機、主變低壓側(cè)、高廠變高壓側(cè)、勵磁變高壓側(cè)、發(fā)電機封閉母線進行預防性試驗，除發(fā)電機出口電壓互感器3PTA相外，其余設(shè)備預防性試驗全部符合要求。

2.3 電氣二次系統(tǒng)排查情況

查看發(fā)變組保護裝置，#2發(fā)變組主一、主二保護發(fā)電機G60保護裝置95%定子接地保護動作，其余保護裝置均無異常啟動記錄。

查看發(fā)變組故障錄波裝置波形記錄，故障時刻95%定子接地保護動作啟動錄波，各模擬量與發(fā)變組保護裝置特征一致。查看歷史錄波信息，故障發(fā)生前兩分鐘，即16：52時刻的錄波信息發(fā)現(xiàn)機端A相電壓下降，而之前機端電壓均正常。

對#2發(fā)變組保護所涉及的PT二次回路進行了絕緣及接線檢查，絕緣電阻均大于1MΩ，二次回路接線正確，接線端子牢固，未發(fā)現(xiàn)接線錯誤或短路現(xiàn)象，PT二次回路直阻測試三相平衡且無異常。保護回路各繼電器外觀檢查未發(fā)現(xiàn)異常，屏柜干燥無潮濕現(xiàn)象，無小動物誤碰痕跡。

綜合排查情況，初步判斷為發(fā)電機出口電壓互感器3PTA相運行中發(fā)生絕緣故障，造成發(fā)電機定子接地保護動作。

3 機組跳閘原因分析

3.1 發(fā)變組保護裝置事件記錄

16：54：44.01，95%定子接地電壓元件啟動；

16：54：45.51，95%定子接地電壓元件動作，保護出口，發(fā)變組全停動作；

16：54：45.56，5002斷路器跳閘；

16：54：45.64，滅磁開關(guān)分閘。

圖1 #2發(fā)變組95%定子接地保護動作錄波圖

圖2 #2發(fā)變組95%定子接地保護動作向量圖（二次值）

3.2 定子接地保護動作分析

上圖部分文字釋義：F1、F2、F3、F4——發(fā)電機機端電流，F(xiàn)5、F6、F7、F8——發(fā)電機機端專用PT電壓，M1、M2、M3、M4——發(fā)電機中性點側(cè)電流，M5、M6、M7——發(fā)電機機端普通PT電壓，M8——發(fā)電機中性點接地變壓器零序電壓。Osc Trigger On——觸發(fā)錄波，AUX OV2 ON——95%定子接地保護動作，500kV 1DL常開Off——5001斷路器分閘，滅磁開關(guān)常閉Off——滅磁開關(guān)分閘。

發(fā)電機95%定子接地保護定值為8V，延時1.5s出口。根據(jù)保護裝置信息記錄，機端三相電流對稱，中性點電流為0；機端專用PT三相電壓幅值相等且對稱，可以排除發(fā)電機發(fā)生匝間故障；機端普通PT三相電壓為UA=49.64V∠-353.9，UB=57.03V∠-129.25，UC=65.56V∠-236.42，發(fā)電機中性點電壓UN=8.69V∠-42.26，則有|UA+UB+UC|=27.8≈3UN。發(fā)電機中性點電壓幅值為8.69V，達到定子接地保護動作值，1.5s后保護出口，因此，本次保護動作屬正確動作行為。根據(jù)機端電壓向量分析，本次發(fā)電機機端PTA相接地屬于非金屬性接地，A相電壓下降，C相電壓升高，B相電壓幅值介于兩者之間，符合經(jīng)過渡性電阻接地的特征。

經(jīng)過對發(fā)電機出口電壓互感器3PT A相進行預防性試驗，并進行解體檢查，發(fā)現(xiàn)PT二次繞組并未損壞，接地故障是由機端A相PT一次繞組匝間短路造成的。由于A相PT繞組擊穿，運行中電壓下降，造成發(fā)電機出口A相PT電壓降低，開口三角電壓增大，達到定子接地保護動作定值時保護動作，發(fā)電機跳閘。

因此#2發(fā)電機出口電壓互感器3PTA相運行中發(fā)生故障，造成繞組擊穿，引起定子接地保護動作是造成本次#2機組跳閘的直接原因。

4 電壓互感器絕緣故障原因分析

4.1 從理論上分析

從理論上分析，電壓互感器絕緣故障的原因分為三類：PT二次回路過負荷或短路、鐵磁諧振過電壓或過電流、PT制作工藝差等，通過再次排查確認，得出結(jié)果如下：

（1）PT二次回路異常排查：自機組啟動后，發(fā)電機出口PT二次回路負載未發(fā)生過變化。根據(jù)檢查試驗，PT二次繞組完好，二次回路檢查無異常，可以排除二次繞組及回路有短路、過負荷或是誤接線現(xiàn)象。

（2）系統(tǒng)發(fā)生鐵磁諧振排查：根據(jù)保護及錄波記錄，發(fā)電機機端電流無異常變化，三相電壓未發(fā)生明顯升高，可以排除發(fā)生鐵磁諧振情況。

（3）PT的制造工藝排查：發(fā)電機出口PT為環(huán)氧樹脂澆注，而澆注的關(guān)鍵是使樹脂充滿到一次繞組層間，盡量消除氣泡，以避免運行中發(fā)生局部放電。由于工藝控制和產(chǎn)品單體差異，會有部分PT在澆注中產(chǎn)生氣泡，在運行中發(fā)生放電現(xiàn)象，時間長了導致絕緣老化。由于PT內(nèi)部含有氣泡的數(shù)量及大小具有分散性和不確定性，因此各PT發(fā)生故障的時間也就各不相同，氣泡的數(shù)量和體積較小，發(fā)生內(nèi)部局部放電對繞組匝間絕緣的影響也較小，PT的運行時間可能就會較長。

4.2 試驗診斷

為了論證電壓互感器匝間短路是3PT A相絕緣故障的直接原因，對電壓互感器進行了多項預防性試驗，并對3PT A、B、C三相的試驗數(shù)據(jù)進行橫向?qū)Ρ?，試驗?shù)據(jù)和分析結(jié)果如下；

（1）#2發(fā)電機出口電壓互感器3PT銘牌參數(shù)如下：

表1

（2）對#2發(fā)電機出口3PT繞組絕緣電阻進行測量，試驗結(jié)果如下：用2500V兆歐表分別測量3PT A、B、C三相一次繞組對二次繞組及外殼、各二次繞組間及其對外殼的絕緣電阻，絕緣電阻值均大于1000MΩ，符合規(guī)程要求，排除了繞組直接接地可能性。

（3）對#2發(fā)電機出口3PT繞組直流電阻進行測量，試驗結(jié)果如下：

3PT A相各繞組直流電阻為：AN（1409.1Ω），1a1n（55.90mΩ），2a2n（57.57mΩ），dadn（61.50mΩ）；

3PT B相各繞組直流電阻為：AN（1818.6Ω），1a1n（56.04mΩ），2a2n（49.85mΩ），dadn（57.02mΩ）；

3PT C相各繞組直流電阻為：AN（1837.6Ω），1a1n（55.31mΩ），2a2n（48.27mΩ），dadn（58.11mΩ）。

從以上數(shù)據(jù)可以看出3PT A相一次側(cè)AN的直流電阻明顯比B、C兩相低400多Ω，初步懷疑是匝間短路引起。

（4）對#2發(fā)電機出口3PT極性與變比進行測量，試驗結(jié)果如下：

3PT A、B、C三相極性均與銘牌相符，變比誤差也與銘牌也相符，因此極性與變比測量未見異常。

（5）對#2發(fā)電機出口3PT空載電流進行測量，試驗結(jié)果如下：

3PT B、C兩相在額定電壓下一次空載電流分別為0.36mA、0.28mA，

（6）對#2發(fā)電機出口3PT局部放電進行測量，試驗結(jié)果如下：

試驗診斷結(jié)果：3PT B、C兩項未發(fā)現(xiàn)異常，而3PT A相一次直阻明顯變小，空載電流試驗從二次加壓發(fā)現(xiàn)電壓上不去，電流迅速增大，無法正常加壓試驗，這兩項試驗結(jié)果都與繞組匝間短路的特征相符合。

4.3 解體驗證

事后對該電壓互感器進行了解剖，發(fā)現(xiàn)一次繞組中間若干匝已經(jīng)燒黑，證實了是匝間短路引起的故障，見圖3。

圖3

5 結(jié)束語

電磁式電壓互感器因其結(jié)構(gòu)簡單、價格合理而廣泛應用于35kV及以下電壓等級系統(tǒng)中，但其制作過程中采用的漆包線的質(zhì)量、環(huán)氧樹脂澆注工藝控制都直接影響電壓互感器的壽命，廠家都承諾其使用壽命20年，但往往很多只有10年左右，有的電壓互感器出廠時居然沒有局部放電試驗這一關(guān)鍵項目，所以要選用資質(zhì)優(yōu)良、有良好運行數(shù)據(jù)支撐的廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品，并根據(jù)實際運行情況和預防性試驗數(shù)據(jù)，對其進行壽命評估，對接近實際使用年限的進行更換，避免因小失大。

[1]陳化鋼，著.電力設(shè)備預防性試驗方法及診斷技術(shù).

[2]《電壓互感器》（GB.1209～1997）.

[3]《電力設(shè)備預防性試驗規(guī)程》（DL_T_596～1996）.

[4]王泱，古海濱.電磁式電壓互感器引發(fā)的鐵磁諧振的研究[J].華北電力大學學報，2006，33（6）：43～46.

TV734.2

A

1004-7344（2016）20-0074-02

2016-7-1

黃文彪（1982-），男，貴港發(fā)電有限公司設(shè)備維護部電氣一次專業(yè)工程師，本科，負責公司電氣一次設(shè)備維護、檢修和管理工作。