電氣試驗(yàn)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用

張國超

（國網(wǎng)吉林供電公司，吉林 松原 132000）

高壓電氣試驗(yàn)是電力系統(tǒng)中檢測設(shè)備絕緣性能的一項(xiàng)重要方法，也是測試設(shè)備電氣參數(shù)的重要手段。但整個(gè)試驗(yàn)過程往往會受到某些難以預(yù)見的因素影響，導(dǎo)致最終結(jié)果和實(shí)際數(shù)值之間產(chǎn)生差異，甚至出現(xiàn)和實(shí)際相悖的現(xiàn)象，從而影響結(jié)論的正確性?；蛘哂袝r(shí)候電力系統(tǒng)測試返回值有所延時(shí)，難以將系統(tǒng)故障及時(shí)體現(xiàn)出來，導(dǎo)致設(shè)備帶故障運(yùn)行，從而埋下一定安全隱患。由于整體測試結(jié)果不精確，原本合格的產(chǎn)品也可能會被判定成不合格，或本來存在故障的產(chǎn)品被判定為正常，從而造成一定損失。因此，極有必要對電氣試驗(yàn)展開探究，確保試驗(yàn)方法的有效性和可靠性。

1 常規(guī)的高壓電氣試驗(yàn)方法

1.1 靜態(tài)試驗(yàn)

靜態(tài)試驗(yàn)主要是針對發(fā)電機(jī)組各側(cè)的保護(hù)開展。

1.1.1 發(fā)電機(jī)組的差動(dòng)保護(hù)

機(jī)端與機(jī)尾選擇A相、B相和C相分別施加電流，并以輸入的電流值對制動(dòng)特性斜率S進(jìn)行計(jì)算。

Iop1為測點(diǎn)1的動(dòng)作電流，Iop2為測點(diǎn)2的動(dòng)作電流，Ires1為測點(diǎn)1的制動(dòng)電流，Ires1為測點(diǎn)2的制動(dòng)電流。

1.1.2 定子繞組匝間保護(hù)

通常情況下，大型發(fā)電機(jī)組往往會在繞組定子同一槽的上下條棒上產(chǎn)生同相但匝數(shù)不相同的配置[1]。一旦配置出現(xiàn)問題，就會產(chǎn)生匝間短路，由此發(fā)生重大事故。為此，發(fā)電機(jī)組往往都要實(shí)施匝間保護(hù)。

（1）模擬兩相短路。假設(shè)B相和C相短路，施加電壓值固定在87V，電流和電壓相位差成一個(gè)定值，合上開關(guān)K，這時(shí)保護(hù)回路應(yīng)該有動(dòng)作。繼續(xù)把面板指示燈復(fù)位，再將開關(guān)K斷開，保護(hù)回路也應(yīng)該有動(dòng)作，最后改變電流電壓相位差，重復(fù)以上步驟，找到工作臨界點(diǎn)。

（2）潛動(dòng)試驗(yàn)。一方面，可以是電壓潛動(dòng)，即斷開電流回路，給兩端施加100V電壓，反復(fù)對開關(guān)K進(jìn)行閉合和斷開；另一方面，也可以是電流潛動(dòng)，即讓電壓回路斷接，應(yīng)用10倍額定電流，反復(fù)對開關(guān)K進(jìn)行閉合與斷開[2]。

1.1.3 TA 二次回路試驗(yàn)

（1）遠(yuǎn)方升流試驗(yàn)。即給所有電力互感器根部增加1A三相電流，通過鉗型電流表對回路電流幅值及相序進(jìn)行檢測，把得到的數(shù)值和保護(hù)面板中的數(shù)值進(jìn)行比較，查看其誤差。再將三相電流增加2A，重復(fù)以上試驗(yàn)步驟，查看誤差是否在技術(shù)要求之內(nèi)。

（2）給保護(hù)裝置后加電流。即把1A的單相試驗(yàn)電流接入發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置后端子，一般為A端子，再對互感器根部電流進(jìn)行測試。

1.1.4 定子接地保護(hù)

接線如圖1所示，Us為發(fā)電機(jī)端的零序電壓；Un為發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的零序電壓。實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，將基波電壓頻率在50±0.25Hz測試電源應(yīng)用進(jìn)來，一直到保護(hù)回路開始出現(xiàn)動(dòng)作，并對具體數(shù)值進(jìn)行記錄，確保整體誤差和技術(shù)要求相符合。

圖1 定子接地保護(hù)測試接線圖

1.2 啟動(dòng)試驗(yàn)

1.2.1 短路試驗(yàn)

在開展該試驗(yàn)時(shí)需短接發(fā)變機(jī)組，從而在短路狀態(tài)中，對機(jī)組性能進(jìn)行測試，并把結(jié)果和出廠數(shù)據(jù)比對，查看機(jī)組是否處在正常運(yùn)行狀態(tài)[3]。

首先，設(shè)置短路點(diǎn)。常規(guī)短路點(diǎn)以圖2所示的K1點(diǎn)為主。即將三相短路排安裝到機(jī)組輸出端，再切斷無關(guān)電路。

圖2 常規(guī)短路點(diǎn)設(shè)置圖

其次，展開試驗(yàn)過程：先退出差動(dòng)保護(hù)板，將復(fù)壓過流保護(hù)以及接地保護(hù)添加進(jìn)去；將消磁開關(guān)閉合，使定子電流達(dá)到0.2A，如果這時(shí)回路斷開，出現(xiàn)放電或火花等，則要馬上斷開開關(guān)，找到引起的原因；使定子電流達(dá)到額定值，再馬上斷開，也就是將其置于0，需重點(diǎn)標(biāo)注測試點(diǎn)的電壓和電流，最后得到短路曲線，并與出廠數(shù)據(jù)比較，查驗(yàn)機(jī)組是否正常；使定子電流達(dá)到1A，分析差動(dòng)保護(hù)回路正常與否，并對其中的電流互感器極性進(jìn)行測定；將K1短路排拆掉，使其處在K3、K4點(diǎn)上；把發(fā)電機(jī)電流增大，測定電力系統(tǒng)中的有關(guān)電流回路，并分析保護(hù)回路是否有效[4]。

1.2.2 零負(fù)荷試驗(yàn)

將發(fā)電機(jī)置于零負(fù)荷下，以明確空載特性，并對定子滅磁常數(shù)t進(jìn)行測定。實(shí)際實(shí)施空載試驗(yàn)時(shí)，回路當(dāng)中電壓值最大不能大于機(jī)組輸出電壓的1.05倍。試驗(yàn)內(nèi)容如下：將機(jī)組周圍的全部保護(hù)回路開關(guān)閉合；將定子滅磁開關(guān)接入；在線監(jiān)測全部的保護(hù)回路；記錄空載特性；在不接入負(fù)載的基礎(chǔ)上對定子滅磁時(shí)間進(jìn)行檢測；關(guān)閉系統(tǒng)之后對機(jī)組殘余電壓和相序進(jìn)行檢測[5]。

1.2.3 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器動(dòng)態(tài)試驗(yàn)

讓發(fā)電機(jī)處于空載情形下，對回路進(jìn)行檢測，自動(dòng)獲得其調(diào)節(jié)性能量化數(shù)據(jù)，試驗(yàn)內(nèi)容如下：校驗(yàn)機(jī)組電壓手動(dòng)調(diào)節(jié)范圍；驗(yàn)證機(jī)組手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)節(jié)切換；在不接入負(fù)載的基礎(chǔ)上，檢查空載特征；檢測自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)性能；切換電壓手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)節(jié)；校驗(yàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)范圍；測試機(jī)組電壓調(diào)節(jié)頻率；在系統(tǒng)開機(jī)情形下實(shí)施動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。

1.2.4 假同期試驗(yàn)

開展該項(xiàng)試驗(yàn)的主要目的是避免發(fā)電機(jī)在第一次帶負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候產(chǎn)生異常，避免試驗(yàn)操作者因?yàn)樽陨聿僮鞑划?dāng)或非同步閉合導(dǎo)致的故障。具體實(shí)施時(shí)要先使機(jī)組到兩母線的隔離開關(guān)處在斷開情況下，再將其中一個(gè)進(jìn)行短接，以模擬同步。

2 常規(guī)試驗(yàn)存在的不足

2.1 短路點(diǎn)設(shè)置困難

（1）缺乏校驗(yàn)性。在常規(guī)試驗(yàn)中，短路試驗(yàn)并不能對全部保護(hù)方向的正確性進(jìn)行驗(yàn)證，這是由于機(jī)組短路排難以使高壓側(cè)電流互感器帶電。

（2）發(fā)電機(jī)出口不支持短路排安裝。當(dāng)前市場中的很多大容量電廠，機(jī)組間的連線都缺乏連接斷點(diǎn)，線路都處在封閉狀態(tài)，這樣就無法找到短路點(diǎn)去安裝短路排。

（3）主變高壓側(cè)難以安裝短路排。目前市場中，很多電廠都是應(yīng)用GIS技術(shù)，雖然整體集成度較高，但卻導(dǎo)致線路和出口都被封閉起來，主變高壓側(cè)難以安裝短路排，從而影響試驗(yàn)展開。

2.2 難以顯示某些問題

（1）難以驗(yàn)證差動(dòng)保護(hù)方向。差動(dòng)保護(hù)側(cè)處在不同位置，原先的二次電路在檢測時(shí)只能從一側(cè)接入，因此無法對二次接線進(jìn)行驗(yàn)證，只有采用短路試驗(yàn)。但如果應(yīng)用短路試驗(yàn)，就需要應(yīng)用十分復(fù)雜的設(shè)備，還要對回路中的所有保護(hù)裝置進(jìn)行檢查，所以極易出現(xiàn)接線方向錯(cuò)誤的現(xiàn)象。

（2）難以檢驗(yàn)TV開口三角的接法。在電壓互感器當(dāng)中，其開口三角的L相和N相都是由A相、B相和C相的二次接線相互組合起來的，所以實(shí)際試驗(yàn)時(shí)往往會把A頭當(dāng)作L相，把C尾當(dāng)作N相，再把內(nèi)部相互連接[6]。這種形式下，只要其中出現(xiàn)問題，就必須對整套機(jī)組進(jìn)行重新啟動(dòng)，而常規(guī)試驗(yàn)方式難以檢測出這其中存在的問題。

2.3 成本投入高

在啟動(dòng)試驗(yàn)過程中，需要投入一定燃油，資源損耗大，成本高。同時(shí)一次試驗(yàn)需要實(shí)施10-20h，一旦試驗(yàn)不成功，還必須對其中進(jìn)行徹底檢查和修正，從而增加試驗(yàn)時(shí)間。

2.4 存在一定危險(xiǎn)性

電氣試驗(yàn)開展過程中需要使用大量設(shè)備，且操作過程復(fù)雜，工作量大，只要出現(xiàn)問題，就可能會引起無法修正的后果。其中最常見的危險(xiǎn)性包括：

（1）觸電。一般是由試驗(yàn)安全距離不足、靜電等引起的。

（2）誤操作。例如接線錯(cuò)誤、加壓錯(cuò)誤、回檢落實(shí)不到位等。

3 試驗(yàn)方法改進(jìn)策略

3.1 完善短路點(diǎn)設(shè)置

3.1.1 短路排安裝在機(jī)組出口開關(guān)或TA位置

使用該方法能使電流互感器的兩頭同時(shí)帶電，促使機(jī)組正常負(fù)載運(yùn)行，且回路二次電流幅值相同，制動(dòng)電流和一次電流值的大小相似，這時(shí)制動(dòng)電流就會遠(yuǎn)超差電流，從而檢測保護(hù)回路方向的正確與否。

3.1.2 使用接地刀閘

即放棄使用短路排，轉(zhuǎn)而應(yīng)用接地刀閘，達(dá)到三線短路。

3.1.3 將接地刀閘和短路排組合應(yīng)用

對于使用GIS的電廠，在對差動(dòng)保護(hù)方向準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，可以應(yīng)用在主變壓器高壓側(cè)和GIS連接位置設(shè)定電路點(diǎn)的方式，將接地刀閘連接起來，并將其當(dāng)作短路點(diǎn)。這時(shí)候雖然主變高壓側(cè)電流互感器被集成在內(nèi)部，導(dǎo)致不能帶電，但這并不會給機(jī)組短路特性的記錄帶來影響。

3.2 優(yōu)化保護(hù)回路試驗(yàn)

為了優(yōu)化TA布局帶來的問題，則可以應(yīng)用TA一次回路施加小電流，讓全部TA帶電。

一是讓主變TA和發(fā)電機(jī)TA同時(shí)帶電。將主變母線的全部隔離開關(guān)斷開，再將＂380V＂三相交流測試電源接入，使彼此的中性點(diǎn)相互連接。之后再把其測試電源添加至主變高壓側(cè)，使電流流經(jīng)各電流互感器。差動(dòng)保護(hù)當(dāng)中的全部TA都應(yīng)該有較小的電流，并應(yīng)在確保鉗型電流表檢測精確度的基礎(chǔ)上開展該試驗(yàn)。

二是讓主變TA和高廠變TA同時(shí)帶電。將發(fā)電機(jī)母線和出口中性點(diǎn)完全斷開，再連接總線和高低壓變電站，將高廠變低壓側(cè)A和B分支三線連接起來?；芈分袑y試電源應(yīng)用到主變高壓側(cè)，使電流流經(jīng)各互感器，最后再使用鉗形電流表對差動(dòng)保護(hù)方向進(jìn)行檢測。

3.3 減少啟動(dòng)試驗(yàn)時(shí)間

為減少時(shí)間損耗，保證工作效率，在短路試驗(yàn)時(shí)就應(yīng)該開始準(zhǔn)備母線，確保在試驗(yàn)結(jié)束之后能馬上對母線進(jìn)行操作，之后再對接發(fā)動(dòng)機(jī)展開空載試驗(yàn)等。在這期間，把空母線重新進(jìn)行充電操作，結(jié)束后，母線就會處在帶電狀態(tài)，則可馬上進(jìn)行同期試驗(yàn)。

4 結(jié)論

在電力系統(tǒng)中，通過給電氣設(shè)備實(shí)施電氣試驗(yàn)，不但能使整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過程得到高效監(jiān)控，還能解決設(shè)備運(yùn)行中產(chǎn)生帶故障運(yùn)行等問題，減少故障產(chǎn)生頻次，降低經(jīng)濟(jì)損失。同時(shí)，在該試驗(yàn)作用下，還能對設(shè)備使用年限等做出準(zhǔn)確檢測，確保設(shè)備后續(xù)得到充分應(yīng)用，降低安全事故發(fā)生率。常規(guī)高壓電氣試驗(yàn)受不可預(yù)見因素影響，往往難以準(zhǔn)確體現(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果，所以還需科學(xué)設(shè)置短路點(diǎn)，改革保護(hù)回路試驗(yàn)方法，以確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。