發(fā)電機(jī)PT故障停機(jī)事故分析及防范措施

摘要：就一起發(fā)電機(jī)組機(jī)端PT（電壓互感器）一次熔斷器慢熔不能被ABB勵磁調(diào)節(jié)器PT斷線判據(jù)所檢測的事故案例，提供了清晰的故障分析思路和方法。針對電壓互感器匝間短路、PT熔斷器慢熔、勵磁調(diào)節(jié)器PT斷線邏輯等問題，提出了切實有效的防范措施，可用于指導(dǎo)發(fā)電企業(yè)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)備的預(yù)防整改，消除機(jī)組安全隱患。

關(guān)鍵詞：電壓互感器;熔斷器慢熔;匝間短路;過勵磁;防范措施

1? ? 事故概述

某發(fā)電企業(yè)7號機(jī)組投產(chǎn)于2005年，發(fā)電機(jī)機(jī)端三組TV柜配置PT（電壓互感器）均為沈陽電壓互感器廠生產(chǎn)，型號為JDZX4-20。TV1送至發(fā)變組保護(hù)A、B柜，TV2送至發(fā)變組保護(hù)A、B柜、自動勵磁調(diào)節(jié)器、故障錄波器，TV3送至自動勵磁調(diào)節(jié)器、DCS。發(fā)電機(jī)為三機(jī)無刷勵磁模型，勵磁調(diào)節(jié)器采用上海發(fā)電設(shè)備成套設(shè)計研究院組裝的ABB Unitrol-F系列自動勵磁柜。2017年某日7號機(jī)發(fā)變組過勵磁報警，檢查發(fā)變組系統(tǒng)畫面上7號發(fā)電機(jī)定子電壓快速上升至22 kV，對7號機(jī)勵磁系統(tǒng)進(jìn)行檢查，檢查7號機(jī)勵磁電流、電壓均增加，隨后機(jī)組跳閘報警發(fā)電機(jī)解列。檢查CRT報警畫面上發(fā)變組A、B保護(hù)柜動作，發(fā)電機(jī)過勵磁保護(hù)動作。

2? ? 事故調(diào)查及原因分析

2.1? ? 情況調(diào)查

檢查故障錄波器錄波波形，發(fā)電機(jī)出口A、B、C三相相電壓（取自TV2）均升高，有效值A(chǔ)相電壓63.63 V，B相電壓63.61 V，C相電壓63.86 V。三相電壓平衡無明顯差異（工況運行時三相電壓均為57.74 V）。

勵磁調(diào)節(jié)器檢查情況：并未發(fā)現(xiàn)明顯異常，勵磁調(diào)節(jié)器無報警發(fā)生，調(diào)取勵磁數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)勵磁調(diào)節(jié)器沒有發(fā)生通道切換記錄。所運行通道1發(fā)電機(jī)采樣電壓取自TV3。

發(fā)變組保護(hù)柜檢查情況：發(fā)變組保護(hù)A柜、B柜均發(fā)“反時限過勵磁”保護(hù)動作報文。

DCS畫面檢查：故障發(fā)生時發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓UAB、UBC均下降，UAC電壓升高，無功功率、主變高壓側(cè)電壓上升。從發(fā)生故障起到機(jī)組跳閘經(jīng)歷時間較長，約為30 s，DCS所取發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓來自TV3。

對現(xiàn)場發(fā)電機(jī)機(jī)端TV3柜進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)TV3柜的B相PT一次熔斷器熔斷，其余各相熔斷器正常。對TV3三相PT進(jìn)行試驗發(fā)現(xiàn)所有PT絕緣均合格，B相PT一次繞組直阻縱向、橫向?qū)Ρ葰v次數(shù)據(jù)有明顯下降，如表1所示。

2.2? ? 原因分析

2.2.1? ? PT故障分析

由于DCS畫面與勵磁調(diào)節(jié)器運行通道所取發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓均來自于TV3柜，即DCS畫面中電壓曲線即可反映勵磁調(diào)節(jié)器中采樣電壓變化。又故障發(fā)生時無功增加，此時機(jī)端電壓應(yīng)上升，但是畫面中AC相間電壓上升，同時AB、BC相間電壓下降，而取自TV2的故障錄波器三相電壓均平衡上升，B相PT一次熔斷器熔斷，可以判斷問題出在TV3的B相PT。

由TV3柜B相PT對比試驗數(shù)據(jù)，可以判斷出TV3柜B相PT出現(xiàn)匝間短路。在后期電壓互感器的解體中驗證了此判斷。

2.2.2? ? PT熔斷器慢熔

由于故障發(fā)生到機(jī)組跳閘經(jīng)歷時間較長，超過30 s，因此可以分析PT熔斷器不是立即熔斷而是發(fā)生緩慢熔斷。由于TV3柜B相PT出現(xiàn)匝間短路使得一次回路阻抗下降，一次回路中電流增大。由于PT一次阻抗下降阻值并不是很大，導(dǎo)致了PT不是直接熔斷而是由于電流增大而發(fā)熱出現(xiàn)了慢熔情況。PT慢熔使得PT的二次電壓緩慢下降，勵磁調(diào)節(jié)器采樣電壓降低。調(diào)節(jié)器誤認(rèn)為發(fā)電機(jī)出口電壓降低，因此在不斷增磁，勵磁電流不斷增大。發(fā)變組機(jī)端一次電壓一直升高直至觸發(fā)發(fā)變組“反時限過勵磁”保護(hù)動作。

2.2.3? ? 勵磁PT斷線邏輯

自動勵磁調(diào)節(jié)器在PT斷線時會切換至備用通道運行，但是此次事故中勵磁調(diào)節(jié)器并未切換值得注意。查閱ABB Unitrol-F自動勵磁調(diào)節(jié)器PT斷線邏輯為只要滿足紅框內(nèi)>

5.0 p.u./s的判據(jù)（三機(jī)無刷勵磁系統(tǒng)），勵磁系統(tǒng)報“Machine PT FAIL”，自動切換至備用通道運行。發(fā)電機(jī)PT一次熔斷器發(fā)生慢熔時，發(fā)電機(jī)電壓跌落速率達(dá)不到>5.0 p.u./s，因此也不會報出PT斷線。發(fā)電機(jī)PT一次熔斷器慢熔時，ABB Unitrol-F勵磁調(diào)節(jié)器不會報出PT斷線故障，從而無法進(jìn)行通道切換（V/f限制器因頻率不變、所采電壓下降，故限制器不會動作）。

3? ? 防范措施

3.1? ? 電壓互感器缺陷防范措施

國內(nèi)發(fā)電機(jī)PT受絕緣水平、制造工藝及運行年限等影響，加上預(yù)防性試驗方法不對或接線錯誤易引起互感器損壞。近幾年已有多起因電壓互感器缺陷導(dǎo)致機(jī)組相關(guān)保護(hù)動作從而造成停機(jī)的事故發(fā)生，因此提出如下防范措施：

（1）加強(qiáng)電壓互感器的定期檢查與試驗工作，嚴(yán)格按照規(guī)程進(jìn)行預(yù)防性試驗，防止因試驗方法不當(dāng)對互感器造成損害。

（2）當(dāng)測試數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)有明顯差別時，應(yīng)認(rèn)真分析原因并及時處理，建議將同一批次PT全部更換。

（3）定期對運行年限超過5年的發(fā)電機(jī)PT開展局部放電和感應(yīng)耐壓等診斷性試驗，以便更好地發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷，及時更換。

3.2? ? PT熔斷器慢熔防范措施

鑒于電力系統(tǒng)發(fā)生過多起PT一次熔斷器慢熔導(dǎo)致機(jī)組停機(jī)事故，因此我們應(yīng)更加注意和防范。梳理近期發(fā)生的一些PT慢熔案例可以發(fā)現(xiàn)，其原因有電壓互感器故障，也有一次熔斷器本身制造工藝問題，因此提出以下防范措施：

（1）定期對發(fā)電機(jī)出口PT一次熔斷器進(jìn)行更換，建議以一個小修周期為更換周期，防止因為長期運行中發(fā)熱累積、PT勵磁電流突增等情況對熔斷器造成累積損傷。

（2）選取質(zhì)量好、制造工藝優(yōu)良的產(chǎn)品，防止因為熔斷器本身問題造成慢熔。已有多家科研院研究表明，進(jìn)口PT熔斷器阻值、導(dǎo)電率、限流特性等參數(shù)明顯優(yōu)于國內(nèi)熔斷器產(chǎn)品。

3.3? ? 勵磁系統(tǒng)升級改造

勵磁系統(tǒng)PT斷線邏輯無法識別PT熔斷器慢熔情況，在自動模式下將不斷增磁，從而導(dǎo)致過勵磁跳機(jī)，是本次事故停機(jī)的主要原因。如果勵磁系統(tǒng)成功判別PT斷線，從而切換通道運行就完全可以避免事故發(fā)生。國內(nèi)勵磁調(diào)節(jié)器如RCS9400系列PT斷線邏輯可以識別PT保險慢熔情況，而ABB勵磁調(diào)節(jié)器邏輯上卻普遍無法識別。針對不具備PT慢熔邏輯判斷的勵磁調(diào)節(jié)器提出以下升級改造措施：

（1）對可以內(nèi)部升級程序的勵磁調(diào)節(jié)器，建議修改PT斷線邏輯程序。參考邏輯如：PT1的三個相間電壓與第二組PT2的進(jìn)行比較，此時PT2的電壓是正常的，即PT2三個線電壓均大于有壓判別門檻Uzd2，判斷任一個差值是否超過相間電壓差定值（可整定），并且同時判斷PT1開口三角電壓是否超過中性點零序電壓差定值（可整定），增加機(jī)端電流突變量達(dá)到閾值時閉鎖PT斷線。PT1電壓正常、PT2慢熔的情況同理。

（2）一些勵磁調(diào)節(jié)器無法對內(nèi)部邏輯進(jìn)行修改，則建議用外加裝置的方式進(jìn)行PT斷線判別。具體邏輯判斷如上所述，當(dāng)外接裝置判斷PT斷線后輸出一組常開接點閉合，通過勵磁調(diào)節(jié)器外部切換通道方式進(jìn)行切換，同時可對DCS畫面發(fā)信。

4? ? 結(jié)語

針對一起停機(jī)事故中發(fā)電機(jī)PT匝間短路故障而導(dǎo)致的PT熔斷器慢熔、勵磁調(diào)節(jié)器PT斷線邏輯問題進(jìn)行了梳理，詳解了對此類故障的分析方法和系統(tǒng)性的防范措施。筆者認(rèn)為，應(yīng)該重視機(jī)組相關(guān)設(shè)備中存在的此類問題，盡早采取相應(yīng)措施，以有效避免事故發(fā)生。

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收稿日期：2020-03-16

作者簡介：丁萌（1988—），男，江蘇徐州人，工程師，研究方向：電力系統(tǒng)及其自動化。