發電機PT故障停機事故分析及防范措施

摘要：就一起發電機組機端PT（電壓互感器）一次熔斷器慢熔不能被ABB勵磁調節器PT斷線判據所檢測的事故案例，提供了清晰的故障分析思路和方法。針對電壓互感器匝間短路、PT熔斷器慢熔、勵磁調節器PT斷線邏輯等問題，提出了切實有效的防范措施，可用于指導發電企業進行相應設備的預防整改，消除機組安全隱患。

關鍵詞：電壓互感器;熔斷器慢熔;匝間短路;過勵磁;防范措施

1? ? 事故概述

某發電企業7號機組投產于2005年，發電機機端三組TV柜配置PT（電壓互感器）均為沈陽電壓互感器廠生產，型號為JDZX4-20。TV1送至發變組保護A、B柜，TV2送至發變組保護A、B柜、自動勵磁調節器、故障錄波器，TV3送至自動勵磁調節器、DCS。發電機為三機無刷勵磁模型，勵磁調節器采用上海發電設備成套設計研究院組裝的ABB Unitrol-F系列自動勵磁柜。2017年某日7號機發變組過勵磁報警，檢查發變組系統畫面上7號發電機定子電壓快速上升至22 kV，對7號機勵磁系統進行檢查，檢查7號機勵磁電流、電壓均增加，隨后機組跳閘報警發電機解列。檢查CRT報警畫面上發變組A、B保護柜動作，發電機過勵磁保護動作。

2? ? 事故調查及原因分析

2.1? ? 情況調查

檢查故障錄波器錄波波形，發電機出口A、B、C三相相電壓（取自TV2）均升高，有效值A相電壓63.63 V，B相電壓63.61 V，C相電壓63.86 V。三相電壓平衡無明顯差異（工況運行時三相電壓均為57.74 V）。

勵磁調節器檢查情況：并未發現明顯異常，勵磁調節器無報警發生，調取勵磁數據發現勵磁調節器沒有發生通道切換記錄。所運行通道1發電機采樣電壓取自TV3。

發變組保護柜檢查情況：發變組保護A柜、B柜均發“反時限過勵磁”保護動作報文。

DCS畫面檢查：故障發生時發電機機端電壓UAB、UBC均下降，UAC電壓升高，無功功率、主變高壓側電壓上升。從發生故障起到機組跳閘經歷時間較長，約為30 s，DCS所取發電機機端電壓來自TV3。

對現場發電機機端TV3柜進行檢查，發現TV3柜的B相PT一次熔斷器熔斷，其余各相熔斷器正常。對TV3三相PT進行試驗發現所有PT絕緣均合格，B相PT一次繞組直阻縱向、橫向對比歷次數據有明顯下降，如表1所示。

2.2? ? 原因分析

2.2.1? ? PT故障分析

由于DCS畫面與勵磁調節器運行通道所取發電機機端電壓均來自于TV3柜，即DCS畫面中電壓曲線即可反映勵磁調節器中采樣電壓變化。又故障發生時無功增加，此時機端電壓應上升，但是畫面中AC相間電壓上升，同時AB、BC相間電壓下降，而取自TV2的故障錄波器三相電壓均平衡上升，B相PT一次熔斷器熔斷，可以判斷問題出在TV3的B相PT。

由TV3柜B相PT對比試驗數據，可以判斷出TV3柜B相PT出現匝間短路。在后期電壓互感器的解體中驗證了此判斷。

2.2.2? ? PT熔斷器慢熔

由于故障發生到機組跳閘經歷時間較長，超過30 s，因此可以分析PT熔斷器不是立即熔斷而是發生緩慢熔斷。由于TV3柜B相PT出現匝間短路使得一次回路阻抗下降，一次回路中電流增大。由于PT一次阻抗下降阻值并不是很大，導致了PT不是直接熔斷而是由于電流增大而發熱出現了慢熔情況。PT慢熔使得PT的二次電壓緩慢下降，勵磁調節器采樣電壓降低。調節器誤認為發電機出口電壓降低，因此在不斷增磁，勵磁電流不斷增大。發變組機端一次電壓一直升高直至觸發發變組“反時限過勵磁”保護動作。

2.2.3? ? 勵磁PT斷線邏輯

自動勵磁調節器在PT斷線時會切換至備用通道運行，但是此次事故中勵磁調節器并未切換值得注意。查閱ABB Unitrol-F自動勵磁調節器PT斷線邏輯為只要滿足紅框內>

5.0 p.u./s的判據（三機無刷勵磁系統），勵磁系統報“Machine PT FAIL”，自動切換至備用通道運行。發電機PT一次熔斷器發生慢熔時，發電機電壓跌落速率達不到>5.0 p.u./s，因此也不會報出PT斷線。發電機PT一次熔斷器慢熔時，ABB Unitrol-F勵磁調節器不會報出PT斷線故障，從而無法進行通道切換（V/f限制器因頻率不變、所采電壓下降，故限制器不會動作）。

3? ? 防范措施

3.1? ? 電壓互感器缺陷防范措施

國內發電機PT受絕緣水平、制造工藝及運行年限等影響，加上預防性試驗方法不對或接線錯誤易引起互感器損壞。近幾年已有多起因電壓互感器缺陷導致機組相關保護動作從而造成停機的事故發生，因此提出如下防范措施：

（1）加強電壓互感器的定期檢查與試驗工作，嚴格按照規程進行預防性試驗，防止因試驗方法不當對互感器造成損害。

（2）當測試數據與歷史數據有明顯差別時，應認真分析原因并及時處理，建議將同一批次PT全部更換。

（3）定期對運行年限超過5年的發電機PT開展局部放電和感應耐壓等診斷性試驗，以便更好地發現質量缺陷，及時更換。

3.2? ? PT熔斷器慢熔防范措施

鑒于電力系統發生過多起PT一次熔斷器慢熔導致機組停機事故，因此我們應更加注意和防范。梳理近期發生的一些PT慢熔案例可以發現，其原因有電壓互感器故障，也有一次熔斷器本身制造工藝問題，因此提出以下防范措施：

（1）定期對發電機出口PT一次熔斷器進行更換，建議以一個小修周期為更換周期，防止因為長期運行中發熱累積、PT勵磁電流突增等情況對熔斷器造成累積損傷。

（2）選取質量好、制造工藝優良的產品，防止因為熔斷器本身問題造成慢熔。已有多家科研院研究表明，進口PT熔斷器阻值、導電率、限流特性等參數明顯優于國內熔斷器產品。

3.3? ? 勵磁系統升級改造

勵磁系統PT斷線邏輯無法識別PT熔斷器慢熔情況，在自動模式下將不斷增磁，從而導致過勵磁跳機，是本次事故停機的主要原因。如果勵磁系統成功判別PT斷線，從而切換通道運行就完全可以避免事故發生。國內勵磁調節器如RCS9400系列PT斷線邏輯可以識別PT保險慢熔情況，而ABB勵磁調節器邏輯上卻普遍無法識別。針對不具備PT慢熔邏輯判斷的勵磁調節器提出以下升級改造措施：

（1）對可以內部升級程序的勵磁調節器，建議修改PT斷線邏輯程序。參考邏輯如：PT1的三個相間電壓與第二組PT2的進行比較，此時PT2的電壓是正常的，即PT2三個線電壓均大于有壓判別門檻Uzd2，判斷任一個差值是否超過相間電壓差定值（可整定），并且同時判斷PT1開口三角電壓是否超過中性點零序電壓差定值（可整定），增加機端電流突變量達到閾值時閉鎖PT斷線。PT1電壓正常、PT2慢熔的情況同理。

（2）一些勵磁調節器無法對內部邏輯進行修改，則建議用外加裝置的方式進行PT斷線判別。具體邏輯判斷如上所述，當外接裝置判斷PT斷線后輸出一組常開接點閉合，通過勵磁調節器外部切換通道方式進行切換，同時可對DCS畫面發信。

4? ? 結語

針對一起停機事故中發電機PT匝間短路故障而導致的PT熔斷器慢熔、勵磁調節器PT斷線邏輯問題進行了梳理，詳解了對此類故障的分析方法和系統性的防范措施。筆者認為，應該重視機組相關設備中存在的此類問題，盡早采取相應措施，以有效避免事故發生。

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收稿日期：2020-03-16

作者簡介：丁萌（1988—），男，江蘇徐州人，工程師，研究方向：電力系統及其自動化。