發電機出口PT故障及防范措施

韓國強，杜寧寧，于愛民

（1.華電國際鄒縣發電廠，山東 濟寧 273522；2.華電國際電力股份有限公司技術服務中心，山東 濟南 250014；3.華電青島發電有限公司，山東 青島 265200）

發電機出口PT用以反映發電機出口母線電壓，其二次輸出常用于發電機的測量、保護、勵磁控制等回路，是保證發電機正常運行的重要設備。發電機出口PT故障經常會導致機組停運，造成不必要的損失。

結合一起發電機出口PT故障跳機案例，分析PT故障原因及技術監督工作中存在的問題，并提出提高發電機出口PT可靠性的措施。

1 故障經過

2018-04-26，4號機組負荷227 MW，發變組保護A，B柜分別報“定子零序電壓高段保護動作”，機組跳閘。保護動作時，發電機中性點3U0達到16 V，超過15 V的保護定值。發變組保護A柜機端零序電壓取自1PT，發變組保護B柜機端零序電壓取自2PT，兩柜中性點零序電壓均取自發電機中性點接地變壓器二次側繞組中間抽頭。

測量發電機定子絕緣、中性點變壓器、電流互感器、電阻箱絕緣均合格，測試中性點聯絡電纜絕緣及交流耐壓試驗合格。現場檢查發電機出口2PT B相有焦糊味，測溫檢查該相PT本體溫度達到35℃，其他相PT為23℃，存在明顯的過熱現象。

2 PT故障原因及分析

2.1 2PT試驗數據及結果分析

4號發電機出口安裝有3組PT，2組采用分級絕緣電壓互感器，1組采用全絕緣電壓互感器。分級絕緣電壓互感器運行中，其一次線圈末端必須接地；全絕緣電壓互感器一次側中性點與發電機中性點通過高壓電纜相連而不接地，構成縱向零序保護，用于發電機定子匝間保護。發電機出口PT全部采用固體絕緣電磁式電壓互感器，型號為JDZX3-20、JDZX4-20。

對發電機出口2PT進行了直流電阻、絕緣電阻、空載電流、勵磁特性及變比測試試驗，試驗數據詳見表1.發電機出口2PT B相一次側直流電阻相間與歷史值偏差達18.4%，超出10%的合格標準；相同電壓下的空載電流僅有正常PT空載電流的35.6%，超出不大于30%的合格標準；勵磁特性曲線三相對比差異明顯。

試驗結果顯示發電機出口2PT B相電壓互感器一次繞組存在內部匝間短路故障，導致發電機定子電壓三相不平衡，中性點產生的零序電壓達到保護動作值，發電機定子接地保護動作跳閘。

表1 發電機出口2PT B相試驗項目及數據

圖1 2PTA，B，C相勵磁特性曲線

2.2 電壓互感器故障原因分析

通過分析，得出電壓互感器故障原因如下：①產品生產制作工藝不良。固體絕緣電磁式電壓互感器外絕緣采用澆注式，由于生產廠家工藝水平參差不齊，外絕緣中澆注過程中易混入氣泡、金屬顆粒等雜質，導致局部放電超標。在運行電壓下，外絕緣的局部放電情況會一直存在，在累積效應下逐漸惡化，最終電壓互感器匝間絕緣破壞，出現短路現象。②電磁式電壓互感器工作在不接地系統中時，當一相接地時，系統允許再運行幾個小時，非故障相電壓會升高至倍相電壓，這對于互感器尤其是分級絕緣互感器的絕緣狀況來說是個考驗，分級絕緣電壓互感器的接地端絕緣水平只有3 kV或5 kV。同時，電磁式電壓互感器鐵芯會出現飽和現象，導致勵磁電流增大，甚至會超過最大允許電流，超出互感器熱穩承受范圍，導致電壓互感器燒損。③電磁式電壓互感器應用在不接地系統中時，由于系統對地分布式電容的存在，在外部某種激勵條件下，電磁式電壓互感器存在鐵磁諧振的風險，鐵磁諧振產生的高電壓和過電流可能造成互感器損壞，因此應采取消諧措施消除諧振風險。

3 PT預防性試驗現狀及存在的問題

3.1 固體絕緣電磁式電壓感器定期試驗及現狀

為檢驗電壓互感器的絕緣狀況，根據《電力設備預防性試驗規程》（DL/T 596—1996）要求，干式電磁式電壓互感器定期例行試驗項目有：絕緣電阻（1～3年）、交流耐壓（3年，分級絕緣的采用倍頻感應耐壓試驗）、局部放電測試（1～3年，20～35 kV電壓互感器）。

電廠干式電壓互感器日常開展的預防性試驗項目主要有：絕緣電阻測試、直流電阻測試和交流耐壓試驗（分級絕緣的采用倍頻感應耐壓試驗）。局部放電試驗受試驗儀器的限制，多數單位未進行；倍頻感應耐壓試驗前后額定電壓下的空載電流試驗或勵磁特性試驗的開展情況也不理想。

3.2 存在的問題

PT預防性試驗存在的問題如下：①局部放電試驗可以發現電力設備絕緣在電場作用下局部范圍內發生的放電，這種放電以絕緣局部短接（路橋）而不形成導電通道，每一次局部放電對絕緣介質都會有一些影響，輕微的局部放電對電力設備絕緣的影響較小，絕緣強度的下降較慢；而強烈的局部放電則會使絕緣強度很快下降。干式PT內部如果存在持續性局部放電會使環氧樹脂絕緣碳化，造成貫穿性放電，產生嚴重后果。②倍頻感應耐壓試驗是破壞性試驗，對固體絕緣電壓互感器的主絕緣和縱向絕緣有一定的危害，而且有累積效應，因此耐壓試驗前后應對電壓互感器進行絕緣測試、空載電流測試。電壓互感器空載電流或勵磁特性曲線不應與出廠、歷史試驗數據產生較大偏差，如果偏差較大，應考慮匝間絕緣、鐵芯片間絕緣可能存在故障。

4 提高發電機出口PT可靠性的措施

現將提高發電機出口PT可靠性的措施作如下總結：①新采購的電壓互感器應選用有優良業績和口碑的廠家產品，在安裝尺寸許可條件下推薦采用全絕緣互感器，絕緣選用F級耐熱等級，有條件的可提高對互感器鐵芯勵磁特性的要求。到貨后的電壓互感器嚴格按照《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》（GB 50150—2016）進行交接試驗。②加強發電機出口電壓互感器定期預防性試驗工作，除原已進行的絕緣測試、直流電阻測試、倍頻感應耐壓試驗外，重點加強局部放電試驗、勵磁特性試驗、空載電流測量等試驗項目，并進行縱向、橫向對比，及時發現電壓互感器異常并及時更換。③采取有效措施避免電磁諧振過電壓風險。在中性點不接地系統中使用電壓互感器，可在電壓互感器中性點與地之間接專用的一次消諧裝置或在電壓互感器二次側開口三角形處接入二次消諧裝置，并選用三相防諧振電壓互感器，增加對地電容破壞諧振條件等。