發(fā)電機(jī)出口PT 匝間短路故障分析

劉惠娟，王穎明，蘇力

（華電電力科學(xué)研究院中南區(qū)域中心，湖北省 武漢市 430000）

0 引言

根據(jù)火電廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，目前發(fā)電機(jī)運行過程中因發(fā)電機(jī)出口電壓互感器(potential transformer，PT)故障引發(fā)多起非計劃停機(jī)，已嚴(yán)重影響機(jī)組安全穩(wěn)定運行。發(fā)電機(jī)出口PT分為全絕緣和半絕緣 2種，多為澆注式絕緣電磁式電壓互感器，隨著運行年限增長絕緣逐漸老化，易出現(xiàn)匝間絕緣短路故障[1-5]。本文對某電廠發(fā)電機(jī)出口PT進(jìn)行了故障原因診斷，針對如何提前發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)出口PT絕緣裂化故障，避免該類故障重復(fù)出現(xiàn)提出了相應(yīng)的防范措施。

1 發(fā)電機(jī)出口PT故障診斷

1.1 發(fā)變組保護(hù)檢查情況

查閱發(fā)變組保護(hù)裝置技術(shù)說明書、定值單及接線圖紙?；阈螂妷罕Ｗo(hù)設(shè)2段定值，一段為靈敏段，另一段為高定值段。靈敏段基波零序電壓保護(hù)，僅取中性點零序電壓，動作于信號，定值為10 V，1 s；高定值段基波零序電壓保護(hù)，僅取中性點零序電壓為動作量，動作于跳閘，定值為15 V，1 s。

發(fā)變組保護(hù)A、B柜中性點零序電壓均取自發(fā)電機(jī)中性點接地變壓器二次側(cè)繞組中間抽頭。發(fā)電機(jī)機(jī)端 PT變比為/(0.1/)/(0.1/3)，發(fā)電機(jī)中性點零序電壓 PT變比為20 /0.23 (中性點經(jīng)單相變壓器接地)。因發(fā)電機(jī)中性點采用經(jīng)二次側(cè)接電阻(帶中間抽頭，二次電阻R=0.51 Ω，二次抽頭R=0.384 Ω)的單相變壓器接地，所以接入保護(hù)裝置的實際二次電壓為173 V。中性點零序電壓PT實際變比為20 /0.173。當(dāng)發(fā)電機(jī)單相接地時，機(jī)端零序電壓US=100 V，中性點零序電壓 UL=(20/1.732)/(20/0.173)kV=100 V，二者一致，定子接地保護(hù)二次回路接線正確。

發(fā)變組保護(hù)A、B柜保護(hù)動作正常，動作過程如表 1所示。動作時刻，發(fā)電機(jī)中性點 3U0達(dá)到16 V，超過定值15 V，保護(hù)動作正確[6]。

表1 發(fā)變組保護(hù)A/B柜保護(hù)動作過程Tab. 1 Protection action process of generator and transformer group protection A/B cabinet

檢查發(fā)變組保護(hù)裝置機(jī)端三相電壓、機(jī)端開口三角零序電壓和中性點零序電壓，采樣無異常；對發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)定值進(jìn)行復(fù)校，保護(hù)裝置無異常；對定子接地保護(hù)相關(guān)二次回路進(jìn)行絕緣檢查，絕緣良好。

1.2 故障錄波器檢查情況

查閱故障錄波器錄波文件，如圖1所示。保護(hù)動作首發(fā)為：“B柜發(fā)電機(jī)定子接地跳閘”。查閱故障錄波器屏接線圖紙，故障錄波器發(fā)電機(jī)中性點零序電壓與發(fā)變組保護(hù)A、B柜發(fā)電機(jī)中性點零序電壓均取自發(fā)電機(jī)中性點接地變壓器二次側(cè)繞組中間抽頭[7]。

1.3 現(xiàn)場檢查情況

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)出口B相5042PT有焦臭味、測溫檢查該相PT本體溫度達(dá)到35 ℃，其他相PT為23 ℃，本體明顯過熱。對發(fā)電機(jī)本體、故障PT、中性點PT以及機(jī)端其他PT相應(yīng)開展了絕緣、直阻、變比以及特性試驗，并對發(fā)變組保護(hù)A、B柜定子接地保護(hù)進(jìn)行了檢驗。

1.4 發(fā)電機(jī)出口PT絕緣試驗檢查情況

對發(fā)電機(jī)定子絕緣進(jìn)行測量，絕緣電阻為R15S=370 MΩ，R60S=1010 MΩ，吸收比為2.73，結(jié)果符合《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》(DL/T 596—1996)要求。

圖1 故障錄波器錄波文件Fig. 1 Recording file of fault recorder

對發(fā)電機(jī)中心點柜內(nèi)變壓器、電流互感器、電阻箱檢查，絕緣均合格。對中心點聯(lián)絡(luò)電纜測試，絕緣及交流耐壓試驗合格。

發(fā)電機(jī)出口B相5042PT各項檢查試驗結(jié)果如表2所示，勵磁特性測試取整數(shù)據(jù)如表3，勵磁曲線如圖2所示。

對4號發(fā)電機(jī)出口B相5042PT更換并駛進(jìn)行相關(guān)試驗后，2018年5月1日進(jìn)行發(fā)電機(jī)空載試驗，檢測發(fā)電機(jī)出口各電壓變比、相序、相別、相角準(zhǔn)確，測量二次電壓值正常，機(jī)端和中性點零序電壓小于1V，發(fā)變組保護(hù)A、B柜無異常。

表2 發(fā)電機(jī)出口B相5042PT試驗項目及數(shù)據(jù)Tab. 2 Test item and data of export phase B 5042PT

表3 出口B相5042PT勵磁取整數(shù)據(jù)Tab. 3 Excitation rounding data of export phase B 5042PT

圖2 出口B相5042PT勵磁曲線Fig. 2 Excitation curve of export phase B 5042PT

2 發(fā)電機(jī)出口PT故障原因分析

1）發(fā)電機(jī)跳閘的直接原因系發(fā)變組保護(hù)A、B柜“定子零序電壓高段保護(hù)”動作。

2）發(fā)變組保護(hù)A、B柜“定子零序電壓高段保護(hù)”動作原因：由于發(fā)電機(jī)出口 B相5042PT內(nèi)部匝間短路故障，引起發(fā)電機(jī)定子電壓三相不平衡，中性點產(chǎn)生零序電壓達(dá)到保護(hù)動作值，發(fā)變組保護(hù)A、B柜出口跳閘。

3）發(fā)電機(jī)出口B相5042PT故障前于2017年開展了直阻、絕緣、勵磁特性等試驗，數(shù)據(jù)均合格，但和 2015年大修期間數(shù)據(jù)對比有裂化趨勢，未采取相應(yīng)處理措施。

4）通過勵磁特性試驗，無拐點電壓、空載電流試驗數(shù)據(jù)嚴(yán)重超標(biāo)，通過直阻不平衡等試驗數(shù)據(jù)分析，發(fā)電機(jī)出口B相5042PT產(chǎn)生內(nèi)部匝間短路故障的直接原因為電壓互感器絕緣劣化引起匝間短路[8-10]。

3 發(fā)電機(jī)出口PT故障處理及防范措施

發(fā)電機(jī)出口B相5042PT故障前預(yù)試項 目未嚴(yán)格按照預(yù)試規(guī)程要求執(zhí)行，未開展局放及 3倍頻耐壓試驗。應(yīng)嚴(yán)格按DLT 596—1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》要求對發(fā)電機(jī)所有出口PT開展 3倍頻感應(yīng)耐壓和局部發(fā)電測量等預(yù)防性試驗，對存在故障的 PT進(jìn)行排查，并及時更換。

重視設(shè)備的全壽命周期管理，對歷次試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行縱比和橫比的趨勢分析，以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在的隱患。

4 結(jié)語

嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的周期、項目開展發(fā)電機(jī)出口 PT試驗?zāi)芗皶r有效發(fā)現(xiàn)設(shè)備可能存在的內(nèi)部絕緣劣化故障。在不具備試驗條件的情況下，應(yīng)充分利用現(xiàn)有設(shè)備開展絕緣、直阻、變比、伏安特性、空載電流等測試，并注意試驗數(shù)據(jù)縱比和橫比的趨勢分析。目前，該發(fā)電機(jī)更換故障 PT后機(jī)組安全可靠運行。

該發(fā)電機(jī)出口電壓互感器故障相從 2009年使用至今已有9年，故障前運行正常，未發(fā)生過電壓等故障，長期運行絕緣逐步劣化產(chǎn)生匝間短路。后續(xù)應(yīng)重視設(shè)備的全壽命周期管理，提前制定設(shè)備的檢修預(yù)試管理計劃及措施，嚴(yán)格按預(yù)試規(guī)程要求完善相應(yīng)試驗項目，提前發(fā)現(xiàn)絕緣裂化故障。

致 謝

本文中發(fā)電機(jī)出口 PT的試驗工作是在廣東分公司王穎明等工作人員的大力支持下完成的，在此向他們表示衷心的感謝。