基于I 0和3U 0突變量啟動(dòng)的發(fā)變組離相封閉母線絕緣缺陷分析

文聆安,林永源

(1.廣東粵電大亞灣綜合能源有限公司,廣東 惠州 516000；2.廣東惠州平海發(fā)電廠有限公司,廣東 惠州 516000)

1 設(shè)備概述

某電廠裝機(jī)容量2×1 000 MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組,1、2號(hào)機(jī)組分別于2010年、2011年投產(chǎn)發(fā)電。2臺(tái)機(jī)組均以發(fā)電機(jī)－變壓器單元接線接入500 k V配電裝置,發(fā)電機(jī)與主變壓器、高壓廠變之間采用離相封閉母線連接,封閉母線制造廠家為鎮(zhèn)江華東電力設(shè)備廠,封母采用微正壓干燥裝置保持內(nèi)部干燥。發(fā)電機(jī)裝設(shè)出口斷路器,每臺(tái)機(jī)組設(shè)兩臺(tái)分裂高壓廠變壓器,電源從主變壓器低壓側(cè)與發(fā)電機(jī)之間引接。

發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)采用經(jīng)配電變壓器二次側(cè)電阻接地的接地方式,接地變壓器容量為50 k VA,二次側(cè)電阻為0.13Ω,一次側(cè)電壓為27 k V,二次側(cè)電壓為240 V,帶有100 V抽頭。主變壓器500 k V側(cè)中性點(diǎn)直接接地,高壓廠變壓器6 k V側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地,接地電阻為23Ω。

發(fā)變組保護(hù)裝置采用雙重化配置,每套保護(hù)包含完整的主保護(hù)和后備保護(hù),發(fā)電機(jī)兩套保護(hù)分別布置在發(fā)變組保護(hù)A、B屏。其中,100%發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)由兩部分組成:

a.第一部分是零序電壓保護(hù),取自中性點(diǎn)接地變側(cè)基波零序電壓UN0[1],整定值為13.86 V,延時(shí)0.5 s,動(dòng)作于發(fā)電機(jī)全停II,且當(dāng)故障點(diǎn)越接近發(fā)電機(jī)出線端時(shí)保護(hù)的靈敏度越高[12]。

b.第二部分為利用3次諧波電壓比值構(gòu)成定子繞組接地保護(hù),3次諧波電壓取自中線點(diǎn)接地變3次諧波VN3與機(jī)端電壓互感器3次諧波VS3,且當(dāng)故障點(diǎn)越靠近中性點(diǎn)時(shí)保護(hù)的靈敏度越高[1-2]。

發(fā)變組接入故障錄波裝置錄和發(fā)變組保護(hù)A、B屏的電氣量,如圖1所示。

圖1 發(fā)變組保護(hù)配置

發(fā)變組故障錄波裝置中設(shè)定發(fā)電機(jī)機(jī)端零序電壓3U0(取自圖1中2YH)上限報(bào)警值5 V,突變量啟動(dòng)值5 V；設(shè)定發(fā)電機(jī)定子零序電流I0(取自圖1中11LLH)上限報(bào)警值1.1 A,突變量報(bào)警值0.1 A。

2 I 0、3U 0突變量啟動(dòng)

某年4月14日10時(shí)16分43秒993毫秒,2號(hào)發(fā)電機(jī)定子零序電流I0第一次報(bào)突變量啟動(dòng),持續(xù)時(shí)間約650 ms,錄波數(shù)據(jù)如圖2所示。因電壓量未達(dá)發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動(dòng)作定值,定子接地保護(hù)未動(dòng)作。

圖2 I 0突變量啟動(dòng)錄波

從圖2可以看出:機(jī)端零序電壓3U0的波形突變和2號(hào)發(fā)電機(jī)定子零序電流I0的波形突變完全同步；發(fā)電機(jī)、主變壓器、高壓廠變壓器三相電壓、三相電流處于平衡狀態(tài),未發(fā)生波形突變；主變壓器高壓側(cè)中性點(diǎn)零序電流未發(fā)生突變。

4月14日為雨天,空氣濕度大。根據(jù)故障錄波記錄,2號(hào)發(fā)電機(jī)定子零序電流I0第一次突變量啟動(dòng)后,于4月14日,即出現(xiàn)超過5次I0的突變量啟動(dòng)。此后一段時(shí)間,電廠區(qū)天氣晴朗、空氣干燥,未發(fā)生I0突變量的啟動(dòng)。直至5月3日,再次下雨,I0又發(fā)生多次突變量啟動(dòng)。

通過數(shù)據(jù)分析,發(fā)現(xiàn)各次I0突變量數(shù)值一直在穩(wěn)定在0.253 A以內(nèi),且每次啟動(dòng)都伴隨3U0波形的同步突變,與此同時(shí),發(fā)變組系統(tǒng)三相電氣量全部處于對(duì)稱、正常狀態(tài)。故障錄波裝置中3U0未生成報(bào)文的原因是突變量啟動(dòng)(5 V)及上限報(bào)警設(shè)定數(shù)值(5 V)偏大,靈敏度不夠。發(fā)電機(jī)定子零序電流I0突變量啟動(dòng)時(shí),機(jī)端3U0同步突變的典型數(shù)據(jù)如表1所示。

I0和3U0的多次突變量啟動(dòng),以及啟動(dòng)后有效值是正常運(yùn)行數(shù)值的2～3倍,說明發(fā)變組系統(tǒng)存在絕緣薄弱點(diǎn)；同時(shí),因?yàn)橥蛔兞繂?dòng)發(fā)生在雨天,所以重點(diǎn)懷疑絕緣缺陷存在于主廠房外露天布置的主變低壓側(cè)封閉母線上。電廠方計(jì)劃向調(diào)度申報(bào)停機(jī)檢修,對(duì)絕緣缺陷進(jìn)行處理。

2 缺陷查找與處理

5月4日,突遇2號(hào)機(jī)鍋爐內(nèi)部發(fā)生爆管,電廠方向調(diào)度申請(qǐng)停機(jī)檢修,發(fā)電機(jī)解列、出口斷路器斷開,主變壓器、高壓廠變壓器繼續(xù)掛網(wǎng)運(yùn)行,鍋爐與發(fā)變組同步開展檢修工作。

當(dāng)發(fā)電機(jī)停運(yùn)后,故障錄波裝置中實(shí)現(xiàn)發(fā)變組系統(tǒng)絕緣監(jiān)視的電氣量I0與3U0退出運(yùn)行,發(fā)變組系統(tǒng)失去絕緣監(jiān)視。為了進(jìn)一步判斷是否為主變側(cè)封母的絕緣缺陷,電氣專業(yè)組將主變接地保護(hù)開口電壓(圖1中4YH)3U0接入故障錄波。根據(jù)發(fā)電機(jī)機(jī)端3U0的突變量經(jīng)驗(yàn),將主變壓器3U0突變量設(shè)定為0.8 V、上限設(shè)定為2 V。5月5日7時(shí)57分28秒156毫秒,主變壓器低壓側(cè)3U0報(bào)突變量啟動(dòng)、上限啟動(dòng),相關(guān)數(shù)據(jù)記錄如表2所示。

表2 主變壓器低壓側(cè)3U 0數(shù)據(jù) V

表2顯示主變壓器低壓側(cè)封母存在絕緣薄弱點(diǎn)。表1與表2中3U0的數(shù)據(jù)差異是因?yàn)榘l(fā)電機(jī)GCB斷開后,發(fā)變組系統(tǒng)對(duì)地分布電容發(fā)生了改變。

因故障現(xiàn)象依然存在,電廠方向調(diào)度申請(qǐng)停運(yùn)主變,進(jìn)行發(fā)變組間封閉母線及其他電氣連接元件的全面檢查。

該電廠發(fā)電組離相封閉母線載流導(dǎo)體采用3個(gè)呈120°對(duì)稱排列的支持絕緣子固定安裝在封母外殼上,每間隔一段距離,設(shè)置一組不飽和聚酯玻璃纖維材質(zhì)的支持絕緣子,支持絕緣子結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 支持絕緣子(單位:mm)

拆下支持絕緣子,發(fā)現(xiàn)主變壓器側(cè)封母絕緣子表面臟污嚴(yán)重,如圖4所示。采用2 500 V兆歐表測(cè)量絕緣,測(cè)得大量絕緣子絕緣值較低,部分絕緣子絕緣值甚至接近于0。發(fā)電機(jī)側(cè)主封母絕緣子未發(fā)現(xiàn)絕緣不合格的情況,這也與發(fā)電機(jī)側(cè)封母處于室內(nèi)良好的運(yùn)行環(huán)境直接相關(guān)。

圖4 支持絕緣子清潔前后對(duì)比

對(duì)每一套絕緣子進(jìn)行清潔處理、更換密封墊,并在試驗(yàn)合格后,完成復(fù)裝工作；全面檢查除封閉母線外的其他電氣連接件,未發(fā)現(xiàn)缺陷。檢修結(jié)束,主變壓器送電,故障錄波中,主變壓器低壓側(cè)3U0沒有再次發(fā)生上限及突變量的啟動(dòng)；發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行至今,未發(fā)生發(fā)電機(jī)I0、3U0及主變壓器側(cè)3U0突變量及上限啟動(dòng)的現(xiàn)象。

3 原因分析

經(jīng)過缺陷分析及停機(jī)檢修,確定I0和3U0突變量啟動(dòng)的原因是主變側(cè)封母存在絕緣缺陷,其中的根本原因是封母絕緣子氯丁橡膠密封墊老化破損,雨天時(shí),外部潮氣、鹽霧及浮塵沿縫隙緩慢滲入絕緣子表面,導(dǎo)致絕緣性能下降,并間隙性產(chǎn)生輕微泄露電流,使故障錄波裝置中電流及電壓突變量達(dá)到設(shè)定的整定值,從而引起故障錄波啟動(dòng)。

氯丁橡膠密封墊貯存期為7年[3]；在紫外線光照熱老化形式下,使用壽命為6年[4]；在濕熱老化形式下,使用壽命為4年[4]。該電廠地處廣東南邊,臨海而建,環(huán)境濕熱,日曬、紫外線強(qiáng)烈,絕緣子橡膠密封墊自然老化速度較快。

4 結(jié)束語

本次發(fā)變組離相封閉母線絕緣缺陷的及時(shí)發(fā)現(xiàn)及處理,消除了發(fā)電機(jī)發(fā)生單相接地故障進(jìn)而發(fā)展成兩相短路故障的隱患,因此,做好發(fā)變組系統(tǒng)的絕緣監(jiān)視工作尤為重要。結(jié)合本次發(fā)電組離相封閉母線絕緣缺陷處理經(jīng)驗(yàn),提出如下建議:

a.將發(fā)電機(jī)出口裝設(shè)斷路器的主變壓器低壓側(cè)3U0接入故障錄波,有利于與發(fā)電機(jī)機(jī)端3U0進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比,且在主變單獨(dú)掛網(wǎng)運(yùn)行時(shí)不失去絕緣監(jiān)視。

b.記錄I0與3U0正常運(yùn)行時(shí)的數(shù)據(jù),在突變量或上限啟動(dòng)時(shí),有利于通過數(shù)據(jù)對(duì)比,判斷缺陷的嚴(yán)重程度。

c.設(shè)定合理的I0與3U0突變量及上限啟動(dòng)值,增加靈敏度,有利于快速發(fā)現(xiàn)缺陷。

d.根據(jù)項(xiàng)目地理位置,定期進(jìn)行封母橡膠密封墊的檢查,并根據(jù)檢查情況進(jìn)行密封墊的更換。