1000 MW發(fā)電機(jī)機(jī)端PT一次保險(xiǎn)慢熔的故障特征分析與風(fēng)險(xiǎn)控制措施

文聆安，熊華兵，王 棟

（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）

0 引言

發(fā)電機(jī)機(jī)端PT 主要用來(lái)測(cè)量發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓，供ECS、DCS、DEH、計(jì)量、保護(hù)和勵(lì)磁使用，實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)出現(xiàn)PT一次保險(xiǎn)熔斷導(dǎo)致二次側(cè)電壓的降低，從而引起機(jī)組有功誤調(diào)節(jié)［1］、發(fā)電機(jī)保護(hù)誤動(dòng)或拒動(dòng)、AVR強(qiáng)勵(lì)等不良后果，給機(jī)組帶來(lái)不容忽視的安全隱患。PT一次保險(xiǎn)熔斷必須盡快處理，通過(guò)尋找PT一次保險(xiǎn)熔斷的特征，實(shí)現(xiàn)對(duì)熔斷故障的快速判斷，有利于故障的及時(shí)處理，從而保障機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

PT一次保險(xiǎn)熔斷雖無(wú)法完全避免，但可以從技術(shù)措施上去降低PT熔斷的幾率。根據(jù)PT慢熔過(guò)程中DEH、勵(lì)磁及發(fā)變組保護(hù)可能誤動(dòng)帶來(lái)的機(jī)組運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，從邏輯判據(jù)和保護(hù)定值整定配合上去實(shí)現(xiàn)解決方案。

本文就某電廠2 號(hào)發(fā)電機(jī)機(jī)端PT熔斷為例，詳細(xì)介紹了故障處理的過(guò)程，研究論證了PT 一次保險(xiǎn)慢熔過(guò)程中的故障特征，提出了防止PT一次保險(xiǎn)慢熔引起機(jī)組不安全運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)控制措施。

1 設(shè)備概況

1.1 發(fā)變組保護(hù)及機(jī)端PT

發(fā)電機(jī)由上海電氣制造，型號(hào)為THDF_125／67；發(fā)電機(jī)額定功率1 000 MW、定子額定電壓27 kV、額定電流23 778 A。

發(fā)變組保護(hù)為雙重化配置，并全部采用GE 公司產(chǎn)品，其中，發(fā)電機(jī)保護(hù)為GE公司UR系列G60 型裝置。

發(fā)電機(jī)機(jī)端PT由大連北互生產(chǎn)，配套PT 一次保險(xiǎn)規(guī)格為35 kV、0.5 A，PT 二次側(cè)用戶接線如圖1 所示。圖中，1PT、2PT型號(hào)為JDZX9－27，規(guī)格為分別接入發(fā)變組保護(hù)A、B 屏和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器AVR1、AVR2；3PT 型號(hào)為JDZX9－27G，規(guī)為用于計(jì)量和發(fā)電機(jī)匝間保護(hù)。

圖1 發(fā)電機(jī)機(jī)端PT接線

1.2 勵(lì)磁系統(tǒng)

電廠勵(lì)磁采用西門子THYRIPOL靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器從電流、電壓到可控硅觸發(fā)脈沖的輸出，都為相互獨(dú)立的雙重化結(jié)構(gòu)，每套調(diào)節(jié)器功能完整。通道內(nèi)部各模塊之間以及通道和通道之間實(shí)時(shí)通信跟蹤，并及時(shí)上傳數(shù)據(jù)到面板顯示屏和監(jiān)控系統(tǒng)，保證系統(tǒng)無(wú)擾動(dòng)切換。

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器兩通道采用熱備用的運(yùn)行方式，同時(shí)接受輸入控制與調(diào)節(jié)信號(hào)并執(zhí)行操作與調(diào)節(jié)，但只有處于工作狀態(tài)的通道有輸出，并對(duì)可控硅進(jìn)行觸發(fā)。當(dāng)工作通道發(fā)生故障時(shí)則備用通道自動(dòng)投入運(yùn)行，并閉鎖故障通道，防止誤切入故障通道。極端情況下，當(dāng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器兩通道的自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)（AVR）方式同時(shí)故障時(shí)，系統(tǒng)則自動(dòng)切換至勵(lì)磁電流（FCR）調(diào)節(jié)方式運(yùn)行。

勵(lì)磁調(diào)節(jié)器對(duì)PT故障的檢測(cè)是通過(guò)對(duì)PT三相電壓之間進(jìn)行比較來(lái)實(shí)現(xiàn)的。如果電壓的差值超過(guò)了預(yù)先設(shè)定的臨界值，那么邏輯控制器將會(huì)起動(dòng)切換，從故障通道的自動(dòng)模式切換到備用通道的自動(dòng)模式。如果兩組通道PT都出現(xiàn)故障，那么就會(huì)切換到手動(dòng)模式［2］。

1.3 DEH系統(tǒng)

DEH采用西門子SPPA_T3000 控制系統(tǒng)，功率信號(hào)由電氣功率變送器送入DEH系統(tǒng)，每臺(tái)機(jī)組設(shè)計(jì)有3 組功率信號(hào)，并在DEH系統(tǒng)中對(duì)3 組功率進(jìn)行選擇判斷。第1、2 組功率信號(hào)電壓量取自圖1 中1PT，第3 組功率信號(hào)電壓量取自圖1 中2PT。為確保判斷后的功率信號(hào)可靠，DEH 內(nèi)部功率信號(hào)處理原則如下：

（1）全部通道無(wú)故障且無(wú)偏差報(bào)警，功率選擇3；

（2）當(dāng)有1 個(gè)通道故障或偏差報(bào)警，選擇順序?yàn)楣β?－2－1；

（3）當(dāng)有2 個(gè)通道故障或偏差報(bào)警，選擇無(wú)報(bào)警的功率信號(hào)；

（4）當(dāng)3 個(gè)功率通道均存在故障或偏差報(bào)警，保持當(dāng)前值；

（5）偏差判斷條件為偏差大于104 MW。

2 事件經(jīng)過(guò)

故障前，2 號(hào)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器1 通道處于工作狀態(tài)，2 通道處于熱備用狀態(tài)。

故障時(shí)，勵(lì)磁屏柜2 通道報(bào)PT斷線報(bào)警，1 通道處于正常運(yùn)行狀態(tài)，其間，未發(fā)生強(qiáng)勵(lì)等異常情況；2 號(hào)發(fā)變組保護(hù)B屏報(bào)PT斷線報(bào)警，保護(hù)無(wú)跳閘信號(hào)，未動(dòng)作于出口跳閘；2 號(hào)機(jī)DEH系統(tǒng)功率由第3 組功率信號(hào)自動(dòng)選擇為第2 組功率信號(hào)，未發(fā)生異常主汽門調(diào)節(jié)而引起的有功功率波動(dòng)［1］。

繼續(xù)檢查機(jī)組故障錄波記錄，顯示故障時(shí)段2 號(hào)發(fā)電機(jī)機(jī)端Ua電壓偏低，從故障開始到Ua二次電壓降低至0 V，整個(gè)過(guò)程持續(xù)時(shí)間25 min左右。完整故障期間，Ua二次電壓逐步降低，且波形在正、負(fù)最大值附近存在明顯畸變，同時(shí)，伴隨3U0電壓的明顯升高。就地測(cè)量發(fā)電機(jī)PT 端子箱內(nèi)各PT 二次側(cè)電壓，發(fā)現(xiàn)2PT_A相電壓數(shù)值接近于0 V，開口三角形零序電壓約33 V，其他二次電壓均處于正常值。初步判斷故障可能是2 號(hào)發(fā)電機(jī)機(jī)端2PT_A 相一次保險(xiǎn)熔斷，臨時(shí)退出2 號(hào)發(fā)電機(jī)B套與電壓有關(guān)的保護(hù)，對(duì)2PT_A相停電檢查。就地鋪設(shè)絕緣墊，操作人員穿絕緣靴、戴絕緣手套、佩戴防電弧面罩，帶電拉出PT小車［3］，進(jìn)行一次保險(xiǎn)直阻測(cè)量，測(cè)量值顯示一次保險(xiǎn)已經(jīng)完全熔斷。同時(shí)，通過(guò)檢測(cè)判斷，確認(rèn)PT本體及二次回路無(wú)其他故障存在之后，進(jìn)行了PT 一次保險(xiǎn)的更換，并將PT重新投入運(yùn)行。最后，全面檢查系統(tǒng)無(wú)異常后，恢復(fù)2 號(hào)發(fā)電機(jī)B套保護(hù)的投入。

3 檢查過(guò)程

（1）PT二次回路絕緣檢查

PT端子箱內(nèi)2PT_A相二次小空開未跳閘，可以判斷PT端子箱至負(fù)載端的二次回路無(wú)接地、無(wú)短路；斷開2PT_A相二次小空開，進(jìn)行端子箱與PT本體之間二次繞組線對(duì)地及線間絕緣電阻測(cè)試，絕緣良好，未發(fā)現(xiàn)接地及短路現(xiàn)象。

（2）PT本體檢查

檢查發(fā)現(xiàn)PT本體外觀正常、溫度正常、表面無(wú)裂紋、無(wú)爬電痕跡；測(cè)量PT本體一次繞組對(duì)地、一次繞組對(duì)二次繞組絕緣均正常；測(cè)量一、二次繞組直阻合格，無(wú)斷線；查看發(fā)電機(jī)保護(hù)啟動(dòng)無(wú)相關(guān)接地報(bào)警記錄；對(duì)比2PT_A相3 個(gè)二次繞組電壓的一致性，初步判斷二次繞組無(wú)匝間短路；PT 一次匝間短路，會(huì)引起二次側(cè)電壓升高，而本次故障為二次電壓降低，初步判斷一次繞組無(wú)匝間短路。

（3）PT一次保險(xiǎn)及靜觸頭卡簧檢查

檢查確認(rèn)一次保險(xiǎn)端部與靜觸頭卡簧接觸良好、無(wú)異常。對(duì)熔斷的一次保險(xiǎn)解體檢查，發(fā)現(xiàn)端部熔絲熔斷且有明顯電弧痕跡。如圖2 所示。

圖2 一次保險(xiǎn)熔斷的位置

4 PT一次保險(xiǎn)慢熔的特征

PT一次保險(xiǎn)慢熔是一個(gè)時(shí)間過(guò)程，圖3 所示為發(fā)變組保護(hù)B屏報(bào)PT斷線期間的故障錄波。從圖中可以看出，在PT 一次保險(xiǎn)熔斷期間，3U0出現(xiàn)，故障相定子電壓Ua在正負(fù)最大值附近產(chǎn)生畸變，電弧在電流過(guò)零點(diǎn)熄滅［4］，二次側(cè)電壓在一個(gè)周波內(nèi)發(fā)生兩次畸變；隨著斷口擴(kuò)大，PT電壓隨之下降，波形嚴(yán)重畸變，直至斷口無(wú)法重燃，電壓趨近于0 V。

圖3 PT慢熔過(guò)程電壓錄波

為了驗(yàn)證PT一次保險(xiǎn)熔斷的波形特征，進(jìn)行了相應(yīng)的模擬試驗(yàn)。試驗(yàn)方法是使用可調(diào)間隙模擬一次保險(xiǎn)熔斷間隙，試驗(yàn)接線如圖4 所示，試驗(yàn)錄波波形如圖5 所示。

圖4 試驗(yàn)接線

圖5 試驗(yàn)錄波

從試驗(yàn)波形圖可以看出，當(dāng)一次保險(xiǎn)存在熔斷間隙時(shí)，二次側(cè)電壓波形會(huì)在正負(fù)最大值附近產(chǎn)生畸變，一個(gè)周波內(nèi)發(fā)生兩次畸變。

5 PT一次保險(xiǎn)熔斷對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的影響及相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)控制措施

5.1 對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的影響

當(dāng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器內(nèi)部?jī)H有PT斷線報(bào)警而未設(shè)置慢熔識(shí)別判據(jù)時(shí)，在發(fā)生PT一次保險(xiǎn)慢熔過(guò)程中，電壓值降低到PT斷線報(bào)警閉鎖之前，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器AVR會(huì)自動(dòng)增加勵(lì)磁電流，防止機(jī)端電壓的降低，而發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓實(shí)際上是在不斷升高。

若發(fā)變組保護(hù)與勵(lì)磁定值配合合理，則隨著勵(lì)磁電流的持續(xù)增加，可引發(fā)“強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作”報(bào)警信號(hào)和過(guò)勵(lì)限制器動(dòng)作；隨著發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓的持續(xù)上升，勵(lì)磁V／HZ限制器可能會(huì)動(dòng)作；過(guò)勵(lì)限制器與V／HZ限制器共同作用，將勵(lì)磁電流拉回至強(qiáng)勵(lì)電流以下［5］。

通過(guò)手動(dòng)切換運(yùn)行模式、手動(dòng)切換通道或電壓值降低至觸發(fā)勵(lì)磁系統(tǒng)PT斷線報(bào)警引起通道自動(dòng)切換，上述反復(fù)增減勵(lì)磁電流的過(guò)程才會(huì)終止。所以，有必要在勵(lì)磁系統(tǒng)中增加PT一次保險(xiǎn)“慢熔”識(shí)別判據(jù)，同時(shí)，采取措施降低PT 一次保險(xiǎn)發(fā)生熔斷的幾率。

5.2 風(fēng)險(xiǎn)控制措施

風(fēng)險(xiǎn)控制措施如下。

（1）在AVR 勵(lì)磁系統(tǒng)中增加“慢熔”判別?？稍鲈O(shè)監(jiān)測(cè)不同PT相同相電壓差異的方法來(lái)判斷“慢熔”的發(fā)生，相電壓差異值可定位2～3 V 或在正常時(shí)實(shí)際差異值上加3 V。當(dāng)測(cè)量裝置檢測(cè)到的差異值達(dá)到定值時(shí)，判斷為PT 慢熔，閉鎖AVR自動(dòng)增磁，裝置發(fā)出PT一次保險(xiǎn)慢熔報(bào)警信號(hào)［6］。

（2）提高一次保險(xiǎn)規(guī)格，將一次保險(xiǎn)額定電流從0.5 A 提升至1 A，降低保險(xiǎn)熔斷次數(shù)［4，6］。

（3）對(duì)一次保險(xiǎn)進(jìn)行定期更換，任何時(shí)間發(fā)現(xiàn)保險(xiǎn)直阻超出正常范圍時(shí)，及時(shí)進(jìn)行更換；應(yīng)急更換時(shí)，退出發(fā)變組與電壓有關(guān)的保護(hù)、退出AGC，將發(fā)電機(jī)有功、無(wú)功進(jìn)行強(qiáng)制［1，7］；更換完畢，測(cè)量保險(xiǎn)兩端底座連同保險(xiǎn)之間的直流電阻，以確認(rèn)保險(xiǎn)與底座間接觸良好。

（4）核對(duì)DEH 功率信號(hào)邏輯判據(jù)，可參考前文提到的DEH內(nèi)部功率信號(hào)處理原則；核對(duì)勵(lì)磁與發(fā)變組保護(hù)定值配合的正確性，防止AVR 誤強(qiáng)勵(lì)磁引起機(jī)組跳閘。對(duì)于無(wú)法增設(shè)PT一次保險(xiǎn)慢熔判據(jù)的勵(lì)磁系統(tǒng)，與發(fā)變組保護(hù)定值的正確配合，將對(duì)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文以某電廠2號(hào)發(fā)電機(jī)2PT_A相一次保險(xiǎn)發(fā)生熔斷為例，詳細(xì)講述了PT一次保險(xiǎn)熔斷的事件經(jīng)過(guò)和處理過(guò)程，并通過(guò)故障錄波和模擬試驗(yàn)，證明了故障相電壓逐步下降且二次側(cè)電壓在一個(gè)波形周期內(nèi)正、負(fù)最大值附近發(fā)生兩次波形畸變是PT一次保險(xiǎn)慢熔過(guò)程的顯著特征，該結(jié)論有利于對(duì)慢熔故障進(jìn)行快速判斷和及時(shí)處理。同時(shí)，針對(duì)PT慢熔對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的影響，提出了相對(duì)完善的風(fēng)險(xiǎn)控制措施，以防止機(jī)組的不安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。