發(fā)電機出口PT 匝間短路故障分析

劉惠娟，王穎明，蘇力

（華電電力科學研究院中南區(qū)域中心，湖北省 武漢市 430000）

0 引言

根據(jù)火電廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，目前發(fā)電機運行過程中因發(fā)電機出口電壓互感器(potential transformer，PT)故障引發(fā)多起非計劃停機，已嚴重影響機組安全穩(wěn)定運行。發(fā)電機出口PT分為全絕緣和半絕緣 2種，多為澆注式絕緣電磁式電壓互感器，隨著運行年限增長絕緣逐漸老化，易出現(xiàn)匝間絕緣短路故障[1-5]。本文對某電廠發(fā)電機出口PT進行了故障原因診斷，針對如何提前發(fā)現(xiàn)發(fā)電機出口PT絕緣裂化故障，避免該類故障重復出現(xiàn)提出了相應的防范措施。

1 發(fā)電機出口PT故障診斷

1.1 發(fā)變組保護檢查情況

查閱發(fā)變組保護裝置技術說明書、定值單及接線圖紙?；阈螂妷罕Ｗo設2段定值，一段為靈敏段，另一段為高定值段。靈敏段基波零序電壓保護，僅取中性點零序電壓，動作于信號，定值為10 V，1 s；高定值段基波零序電壓保護，僅取中性點零序電壓為動作量，動作于跳閘，定值為15 V，1 s。

發(fā)變組保護A、B柜中性點零序電壓均取自發(fā)電機中性點接地變壓器二次側繞組中間抽頭。發(fā)電機機端 PT變比為/(0.1/)/(0.1/3)，發(fā)電機中性點零序電壓 PT變比為20 /0.23 (中性點經(jīng)單相變壓器接地)。因發(fā)電機中性點采用經(jīng)二次側接電阻(帶中間抽頭，二次電阻R=0.51 Ω，二次抽頭R=0.384 Ω)的單相變壓器接地，所以接入保護裝置的實際二次電壓為173 V。中性點零序電壓PT實際變比為20 /0.173。當發(fā)電機單相接地時，機端零序電壓US=100 V，中性點零序電壓 UL=(20/1.732)/(20/0.173)kV=100 V，二者一致，定子接地保護二次回路接線正確。

發(fā)變組保護A、B柜保護動作正常，動作過程如表 1所示。動作時刻，發(fā)電機中性點 3U0達到16 V，超過定值15 V，保護動作正確[6]。

表1 發(fā)變組保護A/B柜保護動作過程Tab. 1 Protection action process of generator and transformer group protection A/B cabinet

檢查發(fā)變組保護裝置機端三相電壓、機端開口三角零序電壓和中性點零序電壓，采樣無異常；對發(fā)電機定子接地保護定值進行復校，保護裝置無異常；對定子接地保護相關二次回路進行絕緣檢查，絕緣良好。

1.2 故障錄波器檢查情況

查閱故障錄波器錄波文件，如圖1所示。保護動作首發(fā)為：“B柜發(fā)電機定子接地跳閘”。查閱故障錄波器屏接線圖紙，故障錄波器發(fā)電機中性點零序電壓與發(fā)變組保護A、B柜發(fā)電機中性點零序電壓均取自發(fā)電機中性點接地變壓器二次側繞組中間抽頭[7]。

1.3 現(xiàn)場檢查情況

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機出口B相5042PT有焦臭味、測溫檢查該相PT本體溫度達到35 ℃，其他相PT為23 ℃，本體明顯過熱。對發(fā)電機本體、故障PT、中性點PT以及機端其他PT相應開展了絕緣、直阻、變比以及特性試驗，并對發(fā)變組保護A、B柜定子接地保護進行了檢驗。

1.4 發(fā)電機出口PT絕緣試驗檢查情況

對發(fā)電機定子絕緣進行測量，絕緣電阻為R15S=370 MΩ，R60S=1010 MΩ，吸收比為2.73，結果符合《電力設備預防性試驗規(guī)程》(DL/T 596—1996)要求。

圖1 故障錄波器錄波文件Fig. 1 Recording file of fault recorder

對發(fā)電機中心點柜內變壓器、電流互感器、電阻箱檢查，絕緣均合格。對中心點聯(lián)絡電纜測試，絕緣及交流耐壓試驗合格。

發(fā)電機出口B相5042PT各項檢查試驗結果如表2所示，勵磁特性測試取整數(shù)據(jù)如表3，勵磁曲線如圖2所示。

對4號發(fā)電機出口B相5042PT更換并駛進行相關試驗后，2018年5月1日進行發(fā)電機空載試驗，檢測發(fā)電機出口各電壓變比、相序、相別、相角準確，測量二次電壓值正常，機端和中性點零序電壓小于1V，發(fā)變組保護A、B柜無異常。

表2 發(fā)電機出口B相5042PT試驗項目及數(shù)據(jù)Tab. 2 Test item and data of export phase B 5042PT

表3 出口B相5042PT勵磁取整數(shù)據(jù)Tab. 3 Excitation rounding data of export phase B 5042PT

圖2 出口B相5042PT勵磁曲線Fig. 2 Excitation curve of export phase B 5042PT

2 發(fā)電機出口PT故障原因分析

1）發(fā)電機跳閘的直接原因系發(fā)變組保護A、B柜“定子零序電壓高段保護”動作。

2）發(fā)變組保護A、B柜“定子零序電壓高段保護”動作原因：由于發(fā)電機出口 B相5042PT內部匝間短路故障，引起發(fā)電機定子電壓三相不平衡，中性點產(chǎn)生零序電壓達到保護動作值，發(fā)變組保護A、B柜出口跳閘。

3）發(fā)電機出口B相5042PT故障前于2017年開展了直阻、絕緣、勵磁特性等試驗，數(shù)據(jù)均合格，但和 2015年大修期間數(shù)據(jù)對比有裂化趨勢，未采取相應處理措施。

4）通過勵磁特性試驗，無拐點電壓、空載電流試驗數(shù)據(jù)嚴重超標，通過直阻不平衡等試驗數(shù)據(jù)分析，發(fā)電機出口B相5042PT產(chǎn)生內部匝間短路故障的直接原因為電壓互感器絕緣劣化引起匝間短路[8-10]。

3 發(fā)電機出口PT故障處理及防范措施

發(fā)電機出口B相5042PT故障前預試項 目未嚴格按照預試規(guī)程要求執(zhí)行，未開展局放及 3倍頻耐壓試驗。應嚴格按DLT 596—1996《電力設備預防性試驗規(guī)程》要求對發(fā)電機所有出口PT開展 3倍頻感應耐壓和局部發(fā)電測量等預防性試驗，對存在故障的 PT進行排查，并及時更換。

重視設備的全壽命周期管理，對歷次試驗數(shù)據(jù)進行縱比和橫比的趨勢分析，以及時發(fā)現(xiàn)設備存在的隱患。

4 結語

嚴格按標準規(guī)范的周期、項目開展發(fā)電機出口 PT試驗能及時有效發(fā)現(xiàn)設備可能存在的內部絕緣劣化故障。在不具備試驗條件的情況下，應充分利用現(xiàn)有設備開展絕緣、直阻、變比、伏安特性、空載電流等測試，并注意試驗數(shù)據(jù)縱比和橫比的趨勢分析。目前，該發(fā)電機更換故障 PT后機組安全可靠運行。

該發(fā)電機出口電壓互感器故障相從 2009年使用至今已有9年，故障前運行正常，未發(fā)生過電壓等故障，長期運行絕緣逐步劣化產(chǎn)生匝間短路。后續(xù)應重視設備的全壽命周期管理，提前制定設備的檢修預試管理計劃及措施，嚴格按預試規(guī)程要求完善相應試驗項目，提前發(fā)現(xiàn)絕緣裂化故障。

致 謝

本文中發(fā)電機出口 PT的試驗工作是在廣東分公司王穎明等工作人員的大力支持下完成的，在此向他們表示衷心的感謝。