大型發(fā)電機(jī)組電氣系統(tǒng)調(diào)試常見問題及其防范措施

張 鋼 周亞群 何信林

（西安熱工研究院有限公司，西安 710043）

電氣系統(tǒng)調(diào)試是當(dāng)電氣設(shè)備安裝結(jié)束以后，按照國家有關(guān)規(guī)程、廠家技術(shù)要求、設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)圖紙，檢驗(yàn)電氣設(shè)備的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試質(zhì)量及其電氣系統(tǒng)的完整性和可靠性。通過電氣系統(tǒng)調(diào)試，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除存在的問題和缺陷，有效保證電氣設(shè)備及系統(tǒng)安全穩(wěn)定的投入運(yùn)行，為機(jī)組投產(chǎn)運(yùn)行打牢基礎(chǔ)。

本文通過多年大型機(jī)組電氣系統(tǒng)調(diào)試，總結(jié)了調(diào)試過程中遇到的各類常見問題，并對其進(jìn)行了原因分析，提出了有效的防范措施，為相關(guān)的電氣系統(tǒng)調(diào)試工作提供了一定的借鑒作用，有效防止類似問題的發(fā)生。

1 常見問題及原因分析

1.1 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器起勵(lì)時(shí)轉(zhuǎn)子電壓偏高

某 350MW 機(jī)組在整套起動(dòng)試驗(yàn)過程中，當(dāng)進(jìn)行發(fā)電機(jī)機(jī)端三相短路試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器起勵(lì)建壓時(shí)轉(zhuǎn)子電壓偏高，轉(zhuǎn)子電壓有效值達(dá)到120V左右。停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器直流母排兩側(cè)電阻無窮大，而發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)子交流阻抗測試數(shù)據(jù)與廠家出廠數(shù)據(jù)一致，從而斷定勵(lì)磁調(diào)節(jié)器至發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子碳刷直流一次母排未連通，導(dǎo)致勵(lì)磁調(diào)節(jié)器起勵(lì)瞬間轉(zhuǎn)子電壓偏高。

1.2 6kV電纜接頭安裝不緊固導(dǎo)致間隔著火

某電廠2號機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行過程中，6kV 2A段輸煤變B電源間隔著火，運(yùn)行人員通過操作臺(tái)緊急停機(jī)按鈕將發(fā)電機(jī)解列滅磁，隨后手動(dòng)分開6kV 2A段備用電源進(jìn)線開關(guān)，6kV 2A段失電。通過調(diào)取6kV 2A段輸煤變B電源間隔綜保裝置動(dòng)作報(bào)告，過流保護(hù)一段動(dòng)作，動(dòng)作電流A相24.9A、B相25.3A、C相24.86A，保護(hù)動(dòng)作時(shí)母線電壓A相13.71V、B相 13.24V、C相 16.12V，動(dòng)作時(shí)間 0.51s，過流保護(hù)一段定值為3.95A、0.5s，保護(hù)動(dòng)作正確。檢修單位解體該間隔6kV電纜發(fā)現(xiàn)，6kV 2A段輸煤變B電源間隔 C相電纜接頭與斷路器下端口連接不緊固，有放電爍燒現(xiàn)象，A、B相電纜接頭與斷路器下端口連接緊固，接觸面無放電爍燒現(xiàn)象。由于輸煤變B電源斷路器下端口C相電纜與斷路器引出線連接不緊固，致使輸煤變B長期運(yùn)行時(shí)，接頭發(fā)熱，燒毀電纜絕緣層，電纜三相短路，間隔著火。

1.3 發(fā)電機(jī)甩負(fù)荷試驗(yàn)后，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動(dòng)作

榆林某電廠甩負(fù)荷試驗(yàn)后，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)一點(diǎn)接地動(dòng)作，發(fā)電機(jī)解列滅磁。通過發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路絕緣檢查，對地絕緣接近為零。為了檢查確認(rèn)接地位置，拔出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子碳刷，測量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣，測量結(jié)果良好，排除發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子本體接地故障，通過逐級檢查碳刷至勵(lì)磁調(diào)節(jié)器共相封閉母線，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器本體，勵(lì)磁變及低電壓側(cè)各處絕緣，發(fā)現(xiàn)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器至碳刷共相封閉母線絕緣低，打開共相封閉母線發(fā)現(xiàn)，母線上搭接一焊條。分析認(rèn)為，甩負(fù)荷瞬間，機(jī)組振動(dòng)大，導(dǎo)致共相封閉母線內(nèi)遺留焊條搭接至直流母排，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動(dòng)作，解列滅磁。

1.4 保護(hù)裝置內(nèi)線脫落導(dǎo)致保護(hù)傳動(dòng)瞬間直流接地

西寧某電廠升壓站一線路保護(hù)柜傳動(dòng)過程中，保護(hù)動(dòng)作瞬間，直流饋線屏直流接地報(bào)警，保護(hù)動(dòng)作結(jié)束后，直流接地報(bào)警恢復(fù)。經(jīng)過多次保護(hù)傳動(dòng)，均出現(xiàn)該報(bào)警現(xiàn)象。檢查發(fā)現(xiàn)，該線路保護(hù)柜 LD端子A相跳閘信號端內(nèi)線脫落并接觸到盤柜柜體，LD端子外回路接至故障錄波器，實(shí)時(shí)反應(yīng)保護(hù)動(dòng)作情況。由于故障錄波器已上電，線路保護(hù)柜 LD端子公共端帶有正110V電壓，信號端帶有負(fù)110V電壓。當(dāng)保護(hù)動(dòng)作瞬間，至故障錄波器A相跳閘節(jié)點(diǎn)導(dǎo)通，導(dǎo)致 LD端子 A相跳閘信號端內(nèi)線帶有正110V電壓，直流接地，當(dāng)保護(hù)動(dòng)作結(jié)束后，至故障錄波器A相跳閘節(jié)點(diǎn)斷開，直流接地恢復(fù)。

1.5 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器分壓電阻盒與發(fā)變組保護(hù)柜轉(zhuǎn)子接地保護(hù)不匹配

河南某機(jī)組整套起動(dòng)試驗(yàn)過程中，發(fā)變組保護(hù)柜轉(zhuǎn)子電壓測量值與實(shí)際值偏差較大，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)和發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)無法正常投入。原設(shè)計(jì)中，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)子電壓輸出分兩類，一類為 4～20mA量輸出，另一類為分壓電阻盒輸出，至發(fā)變組保護(hù)柜和故障錄波器轉(zhuǎn)子電壓采用分壓電阻盒輸出。為防止高電壓損壞電氣二次回路，分壓電阻盒輸入電壓為實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)子電壓，輸出電壓為輸入電壓的1/15，發(fā)變組保護(hù)柜取用轉(zhuǎn)子電壓即為分壓電阻盒輸出電壓，同時(shí)保護(hù)柜發(fā)電機(jī)系統(tǒng)參數(shù)轉(zhuǎn)子電壓校正系數(shù)為15，即保護(hù)柜轉(zhuǎn)子電壓計(jì)算值為采樣值的15倍。停機(jī)后，斷開分壓電阻盒外部回路，測得分壓電阻盒輸出端內(nèi)阻為92kΩ，斷開發(fā)變組保護(hù)柜轉(zhuǎn)子電壓外部回路，測得其內(nèi)阻為 180kΩ，由于兩側(cè)內(nèi)阻為同一數(shù)量級，導(dǎo)致發(fā)變組保護(hù)柜轉(zhuǎn)子電壓偏離實(shí)際值[1]。為解決這一實(shí)際問題，保證發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)和失磁保護(hù)的正確投入，通過與勵(lì)磁調(diào)節(jié)器廠家、發(fā)變組保護(hù)廠家以及業(yè)主單位探討協(xié)商，當(dāng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作時(shí)，轉(zhuǎn)子電壓達(dá)到最高值 2倍額定轉(zhuǎn)子電壓（額定轉(zhuǎn)子電壓為435V），即870V，而發(fā)變組保護(hù)柜轉(zhuǎn)子電壓通道最高能承受2000V尖波電壓，同時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子回路電阻不到 10Ω，與保護(hù)柜轉(zhuǎn)子電壓內(nèi)阻相比，可以忽略不計(jì)。最終研究決定，將發(fā)變組保護(hù)柜轉(zhuǎn)子電壓改為直采勵(lì)磁調(diào)節(jié)器轉(zhuǎn)子電壓，不通過分壓電阻盒，將保護(hù)柜轉(zhuǎn)子電壓校正系數(shù)改為1，同時(shí)將勵(lì)磁調(diào)機(jī)器至發(fā)變組保護(hù)柜轉(zhuǎn)子電壓電纜改為耐3000V高壓電纜，保證發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)和失磁保護(hù)能夠正確投入。

1.6 升壓站間隔CT變比設(shè)計(jì)偏小

河南某電廠升壓站采用屋內(nèi) GIS雙母接線方式，升壓站共有8個(gè)間隔，其中包含一個(gè)起備變間隔，該間隔配有8組CT，原設(shè)計(jì)中CT變比為150～300/1，8組CT中6組CT準(zhǔn)確級為5P20，用于保護(hù)回路，1組 CT準(zhǔn)確級為 0.2，用于測量回路，1組CT準(zhǔn)確級為0.2S，用于計(jì)量回路。

調(diào)度提供系統(tǒng)阻抗如下：歸算至電廠220kV母線，基準(zhǔn)容量100MVA，基準(zhǔn)電壓230kV時(shí)，最大方式下系統(tǒng)阻抗值Zs1.max=0.00766。歸算至基準(zhǔn)容量100MVA，發(fā)電機(jī)直軸超瞬變電抗飽和值=0.0425，主變正序阻抗值=0.0466。當(dāng)大方式下升壓站起備變間隔 CT至起備變高壓側(cè)區(qū)間發(fā)生三相短路故障時(shí)，其短路電流為

其中IN=1A。當(dāng)母線保護(hù)柜間隔電流大于40倍額定電流時(shí)，采樣通道容易失真，母差保護(hù)可能誤動(dòng)。而該區(qū)域發(fā)生三相短路故障時(shí)，對于母差保護(hù)屬于穿越性故障，不在母差保護(hù)范圍內(nèi)，不允許母差保護(hù)動(dòng)作，升壓站起備變間隔CT變比設(shè)計(jì)偏小。通過與業(yè)主單位、設(shè)計(jì)院、GIS廠家溝通協(xié)商，決定將起備變間隔 CT更換為變比是 600～1200/1的CT，此時(shí)當(dāng)該區(qū)域發(fā)生三相短路故障時(shí)，有

滿足要求，同時(shí)起備變高壓側(cè)額定電流為100.4A，該變比可以滿足保護(hù)、測量及計(jì)量要求。

1.7 6kV過壓保護(hù)器對廠變差動(dòng)保護(hù)的影響

在榆林某機(jī)組正常運(yùn)行過程中，廠變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組解列滅磁。停機(jī)后調(diào)取發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作報(bào)告及發(fā)變組故障錄波器動(dòng)作曲線，發(fā)現(xiàn) 6kVA段工作進(jìn)線電流瞬間為零，導(dǎo)致廠變差動(dòng)動(dòng)作。檢查廠變低壓側(cè)絕緣，檢查結(jié)果合格，無接地及相見短路故障。檢查 6kVA段工作進(jìn)線開關(guān)，發(fā)現(xiàn)原設(shè)計(jì)將至發(fā)變組保護(hù)柜工作進(jìn)線電流與至工作進(jìn)線柜過壓保護(hù)器電流并接。正常運(yùn)行時(shí)，過壓保護(hù)器漏電極小，為高阻狀態(tài)，流入保護(hù)器電流不超過0.1mA，當(dāng)發(fā)生異常過電壓時(shí)，過壓保護(hù)器迅速動(dòng)作變成短路狀態(tài)。由于過壓保護(hù)器誤動(dòng)作，將至保護(hù)柜電流短接，導(dǎo)致廠變差動(dòng)低壓側(cè)電流為零，廠變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

1.8 事故按鈕設(shè)計(jì)不合理導(dǎo)致電動(dòng)給水泵異常跳閘

河南某 2×350MW 熱電聯(lián)產(chǎn)工程兩臺(tái)機(jī)組共用一臺(tái)電動(dòng)給水泵，兩臺(tái)機(jī)組6kV配電室各自帶有一個(gè)電動(dòng)給水泵饋線開關(guān)，任意一臺(tái)機(jī)組饋線開關(guān)都可以給電動(dòng)給水泵供電。電動(dòng)給水泵試運(yùn)期間，任一電動(dòng)給水泵饋線開關(guān)合閘后，開關(guān)跳閘。檢查發(fā)現(xiàn)，電動(dòng)給水泵就地帶一事故按鈕，原設(shè)計(jì)將事故按鈕至兩電動(dòng)給水泵饋線開關(guān)回路在事故按鈕處并接，導(dǎo)致兩臺(tái)機(jī)組兩路 220V直流電源在事故按鈕處并接。任一6kV電動(dòng)給水泵饋線開關(guān)合閘后，事故按鈕跳閘回路動(dòng)作繼電器得電，導(dǎo)致開關(guān)合閘后直接跳閘。通過與設(shè)計(jì)院溝通協(xié)商，在電動(dòng)給水泵就地加一事故按鈕，分別接至兩臺(tái)機(jī)組電動(dòng)給水泵饋線開關(guān)，電動(dòng)給水泵再次送電試運(yùn)后，未再出現(xiàn)該故障。

1.9 線路保護(hù)柜操作箱兩路操作電源串電

西寧某電廠線路保護(hù)柜傳動(dòng)過程過，為了確保開關(guān)操作箱兩路操作電源的獨(dú)立性，保證操作回路可靠動(dòng)作，分別在只送單路操作電源和兩路操作電源同時(shí)送電情況下，分別對開關(guān)進(jìn)行保護(hù)傳動(dòng)。在只送單路操作電源傳動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)兩路操作電源存在串電現(xiàn)象。通過與廠家聯(lián)合檢查發(fā)現(xiàn)，在焊接操作箱三相分閘線圈電阻后，由于各相分閘線圈板件外形一致，沒有編號標(biāo)識(shí)，恢復(fù)時(shí)若將分閘線圈板件順序接反，則導(dǎo)致兩路操作電源串電。

1.10 220kV雙母母線PT準(zhǔn)確級配置錯(cuò)誤

河南某220kV升壓站為雙母帶母聯(lián)接線方式，帶有兩個(gè)母線PT間隔，母線PT通過電壓并列屏接至各盤柜。檢查發(fā)現(xiàn)，母線 PT電壓準(zhǔn)確級設(shè)計(jì)混亂，通過與設(shè)計(jì)院溝通，修改 PT并列柜圖紙，確定保護(hù)用母線電壓取用3P級PT繞組，計(jì)量用母線電壓取用0.2級PT繞組。

1.11 發(fā)電機(jī)機(jī)端PT二次回路斷線

榆林某機(jī)組在電氣整套起動(dòng)發(fā)電機(jī)空載試驗(yàn)過程中，發(fā)電機(jī)升至 50%額定電壓進(jìn)行 PT電壓回路測量時(shí)，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)匝間專用 PT至發(fā)變組保護(hù) A柜B相電壓為零，在發(fā)電機(jī)本體端子箱內(nèi)測量，故障情況相同。停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)，從匝間專用 PT本體至PT本體端子箱B相回路不通，修改該回路后，繼續(xù)進(jìn)行發(fā)電機(jī)空載試驗(yàn)，電壓回路測量正確。

2 防范措施

2.1 設(shè)備安裝問題的防范

在電氣設(shè)備安裝過程中，由于施工人員的疏忽，造成一次系統(tǒng)連接不完整，安裝不夠緊固，施工垃圾未清理等類似情況時(shí)有發(fā)生。為了避免此類問題，在設(shè)備安裝階段，安裝單位技術(shù)人員應(yīng)及時(shí)進(jìn)行自查，同時(shí)監(jiān)理單位應(yīng)組織各單位進(jìn)行聯(lián)合檢查。在分系統(tǒng)調(diào)試階段，調(diào)試單位應(yīng)進(jìn)行復(fù)查，避免將此類問題帶入整套起動(dòng)過程中[2]。

2.2 主保護(hù)未能正常投入時(shí)，臨時(shí)更改后備保護(hù)定值

在電氣系統(tǒng)試運(yùn)過程中，往往會(huì)因某些原因?qū)е轮鞅Ｗo(hù)未能及時(shí)投入。為了更加可靠的保護(hù)運(yùn)行設(shè)備，在設(shè)備需要投運(yùn)而主保護(hù)不能及時(shí)投入的情況下，可臨時(shí)修改后備保護(hù)定值。如將后備過流保護(hù)作為主保護(hù)，在修改過流定值的同時(shí)縮短保護(hù)動(dòng)作延時(shí)，保證發(fā)生短路故障時(shí)，能夠準(zhǔn)確、快速的切除故障，避免設(shè)備受到損壞。

2.3 條件允許情況下，帶PT本體進(jìn)行加壓

調(diào)試過程中，為了檢驗(yàn)發(fā)電機(jī) PT電壓回路的完整性和準(zhǔn)確性，需進(jìn)行二次加壓，測量 PT二次電壓值和相序。通常在二次加壓時(shí)，不通過 PT本體，而是斷開 PT二次空開，在空開下口加量。為了檢驗(yàn)PT本體，在條件允許情況下，可以帶PT本體進(jìn)行加壓。以某電廠為例，發(fā)電機(jī)機(jī)端額定電壓為 20kV，機(jī)端 PT未與封閉母線連接，變比為合上PT二次空開，在第一個(gè)副邊繞組施加 1V電壓，PT原邊將感應(yīng)出200V電壓，同時(shí)第二個(gè)副變繞組感應(yīng)出1V電壓，第三個(gè)副邊繞組感應(yīng)出 3/3V電壓。通過帶PT本體進(jìn)行加壓，不僅驗(yàn)證了 PT二次回路的正確性，同時(shí)在機(jī)組整套起動(dòng)前就驗(yàn)證了PT本體的可靠性，避免在發(fā)電機(jī)空載試驗(yàn)時(shí)因?yàn)?PT本體原因影響整套起動(dòng)試驗(yàn)的進(jìn)度。

2.4 整套起動(dòng)試驗(yàn)時(shí)，嚴(yán)格按照整套起動(dòng)措施及運(yùn)行操作票執(zhí)行

在整套起動(dòng)試驗(yàn)過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照整套起動(dòng)措施及運(yùn)行操作票執(zhí)行，有效防止漏相。在試驗(yàn)過程中，電氣負(fù)責(zé)人應(yīng)全面掌握各系統(tǒng)原理及試驗(yàn)方法，全局把握試驗(yàn)過程。運(yùn)行人員應(yīng)嚴(yán)格按照操作票執(zhí)行操作，對每一項(xiàng)操作要進(jìn)行再次確認(rèn)，確認(rèn)無誤后方可執(zhí)行，防止誤操作[3]。

2.5 發(fā)電機(jī)空載試驗(yàn)時(shí)首先手動(dòng)增磁至10%額定電壓

在整套起動(dòng)試驗(yàn)過程中，發(fā)電機(jī)在額定轉(zhuǎn)速下，需進(jìn)行發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)，錄取發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓與發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的關(guān)系曲線，即發(fā)電機(jī)空載特性曲線。并將該曲線與廠家提供出廠試驗(yàn)曲線相比較，檢驗(yàn)發(fā)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)及運(yùn)行特性，同時(shí)需要檢測發(fā)電機(jī) PT回路的準(zhǔn)確性與可靠性，確保發(fā)電機(jī)組順利投入運(yùn)行。由于發(fā)電機(jī)空載試驗(yàn)是發(fā)電機(jī)第一次起勵(lì)建壓，在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器為手動(dòng)模式定角度控制方式下，建議先手動(dòng)增磁至10%額定機(jī)端電壓，保持一段時(shí)間，檢查發(fā)變組運(yùn)行有無異常，同時(shí)測量發(fā)電機(jī)機(jī)端PT二次電壓值、相序及開口三角電壓值，待確認(rèn)發(fā)變組運(yùn)行無異常，機(jī)端 PT回路正確無誤后，再將發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓緩慢升至1.05倍額定電壓。通過先將發(fā)電機(jī)電壓升至10%額定電壓，能夠在發(fā)電機(jī)電壓較低的情況下，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問題，避免在機(jī)端電壓較高時(shí)問題未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，損壞設(shè)備。

2.6 廠用10kV（6kV）開關(guān)柜配置弧光保護(hù)

由于廠用10kV（6kV）系統(tǒng)饋線多、饋線開關(guān)操作頻繁、容易受小動(dòng)物危害、饋線安裝不緊固、設(shè)備機(jī)械磨損及絕緣老化等原因，10kV（6kV）開關(guān)柜故障時(shí)有發(fā)生。建議在10kV（6kV）各開關(guān)柜配置專用弧光保護(hù)裝置，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并切除故障，提高電力系統(tǒng)安全生產(chǎn)效率，避免不必要的設(shè)備損壞及人身傷害。

3 結(jié)論

大型發(fā)電機(jī)組電氣系統(tǒng)調(diào)試是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，其貫穿于整個(gè)機(jī)組建設(shè)期間，為機(jī)組長期安全穩(wěn)定的運(yùn)行創(chuàng)造條件。在這個(gè)階段的工作中，暴露的問題多，設(shè)計(jì)、安裝、操作、設(shè)備配合等方面的問題都需要及時(shí)處理，因此系統(tǒng)調(diào)試對于機(jī)組的正常運(yùn)行和安全生產(chǎn)具有非常重要的意義。

通過多年大型機(jī)組的系統(tǒng)調(diào)試工作，本文總結(jié)了各類常見問題并進(jìn)行了原因分析，提出了有效的防范措施，對相關(guān)專業(yè)人員日后工作起到了借鑒作用，能夠有效防止類似問題的發(fā)生。

參考文獻(xiàn)

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