降低水電站發電機中性點電流互感器故障率應用分析

劉江

摘要：大型發電機電流互感器損壞事故時有發生。針對水電站發生發電機中性點電流互感器損壞事故，提出了要因分析3個步驟，找出了事故原因。分析結果表明：通過試驗驗證，調整三相電流互感器布置，可有效降低電流互感器故障率。研究成果可為其他工程提供借鑒。

關鍵詞：電流互感器故障;事故調查;發電機;水電站

中圖法分類號：TM452文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.06.013

文章編號：1006 - 0081（2021）06 - 0063 - 03

1 研究背景

大型發電機電流互感器（以下簡稱“CT”）一般都運行在較強的電磁環境中。為保證CT精度，除CT二次繞組外，采取繞組屏蔽措施替代金屬屏蔽。定子組中性點A相、B相CT 距離大電流銅環很近，導致CT所處位置的雜散磁場非常強，外界強大的交變磁場必然使CT的屏蔽繞組感應出很大電流，如果該電流超過屏蔽繞組的承受力，就會造成屏蔽繞組嚴重發熱甚至CT損壞[1]。同時，機組的運行操作、檢修方式不當，設備材料及其制造的缺陷也會造成運行過程中CT 損壞。

隨著國內水電站大型發電機組的增加，CT 損壞事故時有發生，如何及時找準CT損壞的原因，采取正確的修復措施，降低CT的故障率，是水電站安全運行的重要課題。

某水電站裝機5臺，單機容量為60萬kW，1～3號、4～5號發電機組分別由兩個機組廠家供貨，2009年全部機組發電。1～3號發電機組自2009年投運至2010年年底，前后發生4次發電機中性點CT損壞事故，甚至發生了機組甩負荷事件。因此，調查中性點CT故障頻發問題發生原因，尋求解決降低發電機中性點CT故障率的方案十分必要。

由于發電機中性點CT故障多次造成發電機停機，對發電機組安全穩定運行產生不利影響。為徹底解決發電機組中性點CT經常發生故障的問題，并掌握發電機中性點引出線及CT布置的關鍵技術，結合該水電站發生的中性點CT發生故障的情況，將目標設定為降低水電站發電機中性點CT的故障率。

現場調查表明：該電站發電機中性點CT為機組生產商供貨范圍，5臺機組運行2 a共發生4次中性點CT故障，CT年故障率為0.4次/臺。按照設計運行要求，CT運行期間不發生故障，電站每5 a進行一次機組消缺大檢修。通過檢修，對CT進行各項檢測試驗，依據檢修結果更換存在潛在故障的CT。要求5 a檢修周期內不發生故障，5臺機組的年故障率需降低至0.04次/臺以下。

2 事故調查分析

按照設定目標，開展目標可行性分析，首先必須找出事故原因，再制定正確的技術措施。結合電站前后發生4次事故，按照3個步驟查找事故原因：①收集事故基本情況;②分析事故發生的主要原因;③進行必要的技術試驗驗證并確認。

2.1 事故基本情況

（1）第1次事故。3號機組不完全差動2保護動作，機組甩負荷，原因為3號發電機中性點第二分支B相CT相角差隨負載的增大而產生偏移，A，B，C三相之間夾角不成120°，該相CT因勵磁特性變差致使差流達到發電機不完全差動2動作定值，保護跳閘。

（2）第2次事故。1號發電機保護A柜發裂相橫差CT斷線、不完全差動1 CT斷線，原因為1號發電機中性點第一分支B相CT相角差隨負載增大而產生偏移，A，B，C三相之間夾角不成120°，致使差流達到發電機不完全差動1差流越限定值報警。

（3）第3次事故。1號發電機保護A柜發裂相橫差CT斷線、不完全差動2 CT斷線，原因為1號發電機中性點第二分支B相CT相角差隨負載的增大而產生偏移，A，B，C三相之間夾角不成120°，致使差流達到發電機不完全差動2差流越限定值報警。

（4）第4次事故。3號發電機保護A柜發裂相橫差CT斷線、不完全差動1CT斷線，原因為3號發電機中性點第一分支B相CT相角差隨負載的增大而產生偏移，A，B，C三相之間夾角不成120°，致使差流達到發電機不完全差動1差流越限定值報警。

互感器廠家對CT進行解剖，靠近鐵芯處的1～2層漆包線表面絕緣漆包脫落，露出裸露銅線，層間絕緣及鐵芯外包扎均已燒毀，發黑粉化。說明該CT內部已出現局部匝間及層間擊穿現象。

2.2 事故原因分析

依據現狀調查，對發電機中性點CT發生故障原因進行了仔細分析，認為發電機中性點CT故障率高，與CT絕緣設計不合理、CT磁屏蔽能力差，以及中性點電流引出線布置不合理等問題有關[2]。為進一步摸清中性點CT發生故障的主要原因，通過因果分析（圖1），找出了7個末端原因，并制定了要因確認計劃表，嘗試找出其中的要因。

（1）末端因素1。電廠運行人員操作運行不當。電廠負責機組運行人員，學歷均為大學本科以上，主要負責人參與工作均在15 a以上，并接受過電廠運行及檢修維護方面教育，該發電集團下屬多家發電廠，有完善的電廠運行規章制度。因此不存在電廠運行人員操作運行不當問題。

（2）末端因素2。CT絕緣不滿足要求。該電站發電機額定電壓為18 kV，CT額定電壓也為18 kV，與發電機絕緣要求是匹配的;原針對發電機定子繞組內部短路故障的特點，進行發電機內部故障主保護配置方案的必選，最終方案經過多次技術討論會確定，配置方案是合理的。因此CT設計及配置方案滿足設計要求。確認該因素為非要因。

（3）末端因素3。CT無抗磁屏蔽能力。通過對損壞CT繞組線圈材料的分析，線圈采取了單屏蔽措施避免磁場的干擾，經供貨廠家確認，該線圈確實采取了屏蔽措施，雖然目前CT最新產品已經有雙屏蔽措施，抗干擾能力更強，但采取單屏蔽措施CT仍具有抗磁屏蔽能力[3]。因此，確認該因素為非要因。

（4）末端因素4。運行檢修方法不當。該發電集團下屬多家發電廠，運行管理經驗豐富，有完善的電廠運行規章制度，與其他發電集團同類電站的運行檢修規程比對，規章制度合理。確認該因素非要因。