1000MW機(jī)組380VPC段母線電壓互感器燒毀事故分析

于成

(浙江省火電建設(shè)公司，杭州市，310016)

0 引言

某電廠1 000MW機(jī)組的低壓廠用電系統(tǒng)配置2臺(tái)汽機(jī)變壓器、2臺(tái)鍋爐變壓器、2臺(tái)公用變壓器、2臺(tái)保安變壓器、1臺(tái)檢修變壓器、1臺(tái)照明變壓器以及上述變壓器各自的動(dòng)力中心(power center，PC)段母線。其中除檢修PC及照明PC系統(tǒng)屬直接接地大電流接地系統(tǒng)，其他各段均為經(jīng)電阻接地的小電流接地系統(tǒng)。該機(jī)組380 V PC段母線在負(fù)荷側(cè)單相接地時(shí)，發(fā)生電壓互感器(potential transformer，PT)燒毀事故。本文對(duì)此問題參考相關(guān)資料［1-2］進(jìn)行分析，以供同類型機(jī)組在考慮低壓廠用電設(shè)備在過電壓情況下運(yùn)行的安全問題［3］時(shí)參考。

1 事故概況

集控事件記錄:2011年4月2日23:15，7號(hào)機(jī)7B汽機(jī)PC段發(fā)出接地報(bào)警，3日5:18，母線電壓消失;次日8:45，7B保安PC段發(fā)出接地報(bào)警，9:05，母線電壓消失。

2 事故處理

調(diào)試人員接到通知至現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)汽機(jī)B段PC母線C相對(duì)地電壓為0，PT一次側(cè)A、B相熔絲熔斷，一次線圈電阻基本為0，確定PT燒毀。拆開檢查發(fā)現(xiàn)，PT一次側(cè)線圈內(nèi)部絕緣漆熔化，絕緣破壞，短路后線圈燒毀。由于汽機(jī)段仍有接地現(xiàn)象，先在汽機(jī)段通過拉合開關(guān)查出至7號(hào)機(jī)組汽機(jī)電動(dòng)閥門配電柜電源存在接地現(xiàn)象，之后在汽機(jī)電動(dòng)閥門配電柜側(cè)經(jīng)拉合開關(guān)查出凝結(jié)水泵A出口旁路電動(dòng)門C相接地。對(duì)汽機(jī)段母線燒毀的PT進(jìn)行更換，接地故障解除，PC段母線暫時(shí)恢復(fù)正常。

7B保安段檢查無接地現(xiàn)象，但母線PT一次側(cè)A、B相熔絲熔斷，PT同樣燒毀，接地原因暫無法查明，懷疑是PC段負(fù)荷絕緣不好所致。隨后對(duì)各支路進(jìn)行絕緣檢查，絕緣均合格，由于保安段電源急于恢復(fù)，將母線PT更換后恢復(fù)母線正常運(yùn)行［4］。

3 事故分析

接地故障解除后，依然有2個(gè)問題未得到解決:一是保安段接地報(bào)警及PT燒毀，到現(xiàn)場(chǎng)檢查時(shí)接地卻消失的原因;二是母線PT燒毀的原因。

3.1 遺留問題1

事后核查2段PC負(fù)荷時(shí)發(fā)現(xiàn)，2段母線都接至7號(hào)機(jī)組汽機(jī)電動(dòng)閥門配電柜，汽機(jī)段為其電源1，保安段為其電源2。正常運(yùn)行時(shí)電源1為主電源，7號(hào)機(jī)組汽機(jī)電動(dòng)閥門配電柜配有雙電源切換裝置。由此可推測(cè)，保安段接地報(bào)警是由于凝結(jié)水泵A出口旁路電動(dòng)門C相接地導(dǎo)致。事故經(jīng)過應(yīng)該是凝結(jié)水泵A出口旁路電動(dòng)門C相接地導(dǎo)致PC段母線C相接地，PT一次線圈A、B相接地短路燒毀，引起母線電壓波動(dòng)。因電動(dòng)閥門配電柜設(shè)雙電源切換裝置，檢測(cè)到汽機(jī)段電壓異常，切換至保安段電源。由于接地依然存在，保安段同樣C相接地，PT一次線圈A、B相接地短路燒毀，引起母線電壓波動(dòng)。同理，此時(shí)汽機(jī)段因?yàn)镻T一次熔絲已熔斷，母線電壓恢復(fù)正常，電動(dòng)閥門配電柜切至汽機(jī)段，保安段接地故障消失［4］。

3.2 遺留問題2

考慮到本工程汽機(jī)PC段經(jīng)高阻接地，PC段母線PT中性點(diǎn)均經(jīng)接地線直接接地，負(fù)荷側(cè)發(fā)生接地時(shí)，有3種情況可能導(dǎo)致PT短路燒毀。

3.2.1 3種情況

(1)負(fù)荷接地時(shí)，二次電壓不平衡導(dǎo)致輸出負(fù)載增大，從而出現(xiàn)PT過負(fù)荷。由于PT結(jié)構(gòu)不合理(見圖1，圖中燒毀的為一次線圈，外層為二次線圈)，一次線圈處于PT內(nèi)側(cè)且緊靠鐵芯，導(dǎo)致一次線圈散熱較慢，積聚的熱量使線圈漆包線絕緣層熔化，造成匝間短路，進(jìn)而造成母線對(duì)地短路。當(dāng)2相都對(duì)地短路時(shí)造成相間短路，引發(fā) PT燒毀及其一次側(cè)熔絲熔斷。

圖1 事故后拆解開的PTFig.1 Disassembled PT after accident

(2)負(fù)荷接地時(shí)引發(fā)鐵磁諧振導(dǎo)致鐵芯及線圈發(fā)熱引發(fā) PT 燒毀［5］。

表1 PT銘牌參數(shù)Tab.1 Nameplate parameters of PT

3.2.2 情況分析

(1)情況1分析。針對(duì)情況1對(duì)PC段正常運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果如表2所示。

表2 實(shí)測(cè)保安段正常運(yùn)行工況下PT負(fù)荷Tab.2 Measurement of PT load in emergency power under normal operating conditions

(2)情況2分析。電力系統(tǒng)中的鐵芯電感元件與電容元件構(gòu)成共諧條件時(shí)，激發(fā)持續(xù)的鐵磁諧振，使系統(tǒng)產(chǎn)生諧振過電壓。鐵磁諧振使得電流大大增加，電壓超限，嚴(yán)重時(shí)將損壞設(shè)備絕緣，造成電壓互感器保險(xiǎn)熔斷，導(dǎo)致事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，因此應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理。鐵磁諧振一般發(fā)生在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中［7］。

鐵磁諧振與單相接地故障的主要區(qū)別:系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，接地相電壓降低，非接地相電壓升高。若接地點(diǎn)為金屬性直接接地，接地相電壓為0，其他2相升高為線電壓，PT開口三角形回路電壓較為穩(wěn)定。

諧振時(shí)，3相電壓可超過線電壓，3相電壓無規(guī)律變化，開口三角電壓隨諧振程度不同而變化。

若相電壓有2相升高很多(超過線電壓)，開口三角形電壓大于100 V或消弧線圈上無電流，則可判斷為諧振;若1相電壓降低，另2相電壓升高不超過線電壓且線電壓正常，可判斷為系統(tǒng)單相接地。電壓表有低頻無規(guī)律擺動(dòng)現(xiàn)象可判斷為諧振。

現(xiàn)場(chǎng)通過實(shí)際接地模擬，發(fā)現(xiàn)開口三角電壓穩(wěn)定、無變化，錄波記錄亦無其他諧波分量;相電壓接地相為0，非接地相為100 V，線電壓為100 V，錄波記錄亦無其他諧波分量。情況2的推測(cè)排除。

(3)情況3分析。如圖2所示，PT運(yùn)行時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度變化量正比于一次線圈端電壓，而磁感應(yīng)強(qiáng)度B，根據(jù)B-H曲線又影響磁場(chǎng)強(qiáng)度H，H又決定電流。如果一次線圈端電壓過高，導(dǎo)致B超過飽和點(diǎn)Bm，磁心的損耗會(huì)增大，電流將快速增加［8-9］。此時(shí)如保護(hù)電路不起作用，電壓不及時(shí)降低，那么電流速增將會(huì)導(dǎo)致器件損壞。由此推測(cè)，情況3導(dǎo)致PT短路燒毀的可能性很大。為了驗(yàn)證上述推測(cè)，找出一個(gè)備用PT對(duì)其勵(lì)磁特性曲線進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表3。

?

通過表3數(shù)據(jù)可以確定，PT燒毀是由于廠家在PT選型時(shí)，未考慮到380 V非接地系統(tǒng)單相接地會(huì)使非接地相電壓抬高而引起的。此時(shí)其一次線圈電流是額定電流的50倍左右，一次保護(hù)熔絲為2 A，熔絲的熔斷時(shí)間長于線圈的可承受時(shí)間，線圈嚴(yán)重過載，導(dǎo)致燒毀［10］。

4 結(jié)語

確定事故原因后，聯(lián)系設(shè)計(jì)院及廠家重選設(shè)備，訂購了新型號(hào)的PT，通過分段停電，在機(jī)組試運(yùn)前將所有PT全部更換。

以往300、600MW機(jī)組低壓廠用電系統(tǒng)大都采用直接接地方式，近年來新建的1 000MW機(jī)組為保證電源可靠性開始采用經(jīng)電阻接地的非直接接地系統(tǒng)。對(duì)于新建機(jī)組，設(shè)計(jì)人員在選型時(shí)應(yīng)全面考慮在非直接接地系統(tǒng)中單相接地時(shí)母線PT及低壓廠用設(shè)備過電壓情況下運(yùn)行的安全問題、控制回路中控制電壓的選擇以及是否需要增加隔離變壓器等問題。

［1］錢亢木.大型火力發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)［M］.北京:中國電力出版社，2001.

［2］周澤存.高電壓技術(shù)［M］.北京:水利電力出版社，1988.

［3］GB 1207—2006電磁式電壓互感器［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

［4］國家電力調(diào)度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)用技術(shù)問答［M］.北京:中國電力出版社，2000.

［5］李銳，古萬生，齊煥宇.淺談電力系統(tǒng)中的鐵磁諧振［J］.黑龍江科技信息，2009，13(10):55-56.

［6］陳慈萱.過電壓保護(hù)原理與運(yùn)行技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2001.

［7］李潤光.中壓電網(wǎng)系統(tǒng)接地實(shí)用技術(shù)［M］.北京:中國電力出版社，2001.

［8］汪曉元.大學(xué)物理學(xué)［M］.上海:復(fù)旦大學(xué)出版社，2006.

［9］周鶚.電機(jī)學(xué)［M］.北京:中國電力出版社，1999.

［10］DL/T 866—2004電流互感器和電壓互感器選擇及計(jì)算導(dǎo)則［S］.北京:中國電力出版社，2004.