滇東電廠調(diào)試中電氣異常情況分析與處理

井雨剛，王 濤，蘇文博，姜保光

（1.山東電力研究院，山東 濟(jì)南 250002；2.國(guó)網(wǎng)技術(shù)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250002；3.山東電力建設(shè)第二工程公司，山東 濟(jì)南 250100）

0 引言

滇東電廠一期工程為4×600MW火電發(fā)電機(jī)組，由于設(shè)計(jì)、安裝等方面的原因，在調(diào)試和試驗(yàn)過(guò)程中均發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，現(xiàn)就這些問(wèn)題做簡(jiǎn)單分析。

1 TV異常情況分析與處理

在500 kV升壓站的送電以及機(jī)組總起動(dòng)試驗(yàn)過(guò)程中均出現(xiàn)TV二次回路異常的情況。通過(guò)對(duì)這些TV二次回路異常情況的分析，建立起各種相量關(guān)系與各錯(cuò)誤的二次回路接線之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而在今后遇到TV二次回路異常的情況下，能夠更快、更準(zhǔn)確的解決問(wèn)題，節(jié)省試驗(yàn)的時(shí)間，減輕試驗(yàn)人員的工作量。

1.1 TV二次單相極性接反

500 kV升壓站送電時(shí)，5號(hào)主變高壓側(cè)TV二次測(cè)量值：UAN=61.2 V，UBN=61.2 V，UCN=61.2 V，UAB=61.2V，UAC=61.2V，UBC=106.2 V。從測(cè)量數(shù)據(jù)中可知三相相電壓平衡，線電壓不平衡，經(jīng)分析為A相二次極性接反。

TV一次繞組和二次繞組有一同極性端,采用減極性標(biāo)記，即從一、二次繞組的首端（或終端）看，流過(guò)一、二次繞組的電流方向相反。這樣當(dāng)忽略電壓變比誤差和角誤差時(shí)，一、二次電壓同相位，并可用同一相量表示［1］。當(dāng)三相TV接成Y形接線時(shí)，一、二次繞組接線必須對(duì)應(yīng)起來(lái)，這樣二次繞組電壓之間的相量關(guān)系才能真實(shí)的反應(yīng)一次繞組電壓的相量關(guān)系，如圖1所示。

圖1 TV的正常接線

當(dāng)有一相極性接反時(shí)（假設(shè)A相接反）示意圖如圖2，此時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的相量關(guān)系如圖3。

圖2 TV的A相極性接錯(cuò)線

從中可以看出：UaUcN構(gòu)成一等邊三角形；UaUbN構(gòu)成一等邊三角形。因此TV二次繞組三相電壓之間的相量關(guān)系有Ua=Ub=Uc=Uab=Uac；Ubc=1.732Uab?？梢?jiàn)此種情況下與測(cè)量的幅值正符合。停電后在TV根部將A相極性改正，再次送電，測(cè)量數(shù)據(jù)如下：UAN=61.2 V，UBN=61.2 V，UCN=61.2 V，UAB=106.2 V，UAC=106.2 V，UBC=106.2 V，TV二次回路正常。

圖3 A相極性接錯(cuò)時(shí)的相量圖

1.2 TV二次回路斷線

1號(hào)機(jī)組總起動(dòng)試驗(yàn)至發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)，勵(lì)磁升起一點(diǎn)后，接入電力系統(tǒng)參數(shù)錄波裝置的發(fā)電機(jī)電壓不平衡， 其值分別為：UAB=12V，UBC=UAC＝6 V。分析認(rèn)為是C相斷線，具體分析如下。

考慮到裝置內(nèi)部的電壓變換器無(wú)論是電磁回路結(jié)構(gòu)還是負(fù)載，都基本相同，因此從裝置箱體外部觀察，可將三個(gè)電壓變換器模擬成Y形連接的三相阻抗負(fù)載［2］，則形成的等效電路如圖4所示。

圖4 等效電路圖

當(dāng)C相在K點(diǎn)斷開(kāi)形成斷線時(shí)，電路只形成一個(gè)完整的回路。設(shè)流經(jīng)此回路的電流為I，則2I×X＝EA-E，解得 I＝（EA-EB）/2X；裝置中性點(diǎn)電位U4＝EA-X×I＝（EA＋EB）/2，裝置端子排處的測(cè)量值（以N 作為基準(zhǔn)點(diǎn)） 為：UA＝EA；UB＝EB；UC＝（EA＋EB）/2；UAB=EA-EB；UAC＝（EA-EB）/2；UBC＝（EB－EA）/2。相量圖如圖5所示?？梢?jiàn)，UAB電壓正常，UBC、UAC電壓減半，與測(cè)量值正符合。因此，C相二次回路斷線。檢查C相二次回路發(fā)現(xiàn)在端子箱處，發(fā)生“壓皮”導(dǎo)致C相斷線，處理后電壓恢復(fù)正常。

圖5 TV C相斷線時(shí)相量圖

1.3 二次接地不良

當(dāng)TV一、二次繞組三相中性點(diǎn)沒(méi)有接地或接地不良的情況下，這樣就會(huì)造成中性點(diǎn)對(duì)地電位的“漂移”，使中性點(diǎn)對(duì)地電位不為零，從而三相對(duì)地電壓不再對(duì)稱，這種情況對(duì)二次核相的結(jié)果有很大的影響。

1號(hào)機(jī)組并網(wǎng)后，對(duì)工作6 kV進(jìn)線TV和6 kV母線TV二次核相時(shí)，發(fā)現(xiàn)A相對(duì)A相電壓有20V左右的壓差，經(jīng)檢查是工作進(jìn)線PT二次中性點(diǎn)未接地。

1.4 匝間專用TV一次電纜著火

4號(hào)機(jī)組總起動(dòng)試驗(yàn)進(jìn)行至發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)，當(dāng)定子電流升到0.8倍的額定電流時(shí)，發(fā)電機(jī)匝間專用TV的C相TV柜有火光冒出，隨即跳開(kāi)滅磁開(kāi)關(guān)對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行滅磁。檢查發(fā)現(xiàn)連接C相TV中性點(diǎn)的電纜和機(jī)端接TV的銅排緊密接觸在一起，電纜著火。因短路試驗(yàn)是發(fā)電機(jī)-變壓器組的短路試驗(yàn)，短路點(diǎn)在變壓器高壓側(cè)，因此在發(fā)電機(jī)機(jī)端與短路點(diǎn)之間有一變壓器的短路阻抗，當(dāng)升流后機(jī)端會(huì)有一定幅值的電壓，使電纜發(fā)熱著火。幸而是在做短路試驗(yàn)時(shí)發(fā)生此種情況，若是在額定電壓下，將會(huì)造成發(fā)電機(jī)C相機(jī)端和中性點(diǎn)的匝間短路，后果不堪設(shè)想。

2 CT異常情況分析與處理

2.1 110 kV母差報(bào)警

110 kV母差裝置報(bào)警，裝置顯示Ⅰ母差電流0.14 A，Ⅱ母差電流0.14 A，大差無(wú)差流，母聯(lián)電流0.07A?；诖朔N情況判斷出現(xiàn)異常的原因是母聯(lián)CT極性接反。本保護(hù)裝置將母聯(lián)作為Ⅰ母線上的原件，因此其CT極性與Ⅰ母線上其他原件極性相同，與Ⅱ母線上的原件極性相反。裝置計(jì)算Ⅰ母差流公式為 Id1=（I11＋I(xiàn)12+…＋I(xiàn)1n）＋I(xiàn)ml； Ⅱ母差流計(jì)算公式為 Id2=（I21＋I(xiàn)22+…＋I(xiàn)2n）－Iml； 大差差流計(jì)算公式為Id=（I11＋I(xiàn)12+…＋I(xiàn)1n）＋（I21＋I(xiàn)22+…＋I(xiàn)2n）。由以上公式可見(jiàn)當(dāng)母聯(lián)極性接反時(shí)，大差電流平衡，而兩條母線差流都為母聯(lián)電流的2倍，正符合此時(shí)情況。后用電流相位表測(cè)量各個(gè)支路電流，證實(shí)確是如此。改正母聯(lián)CT的極性后，差流消失。

2.2 CT二次回路接錯(cuò)線

1號(hào)機(jī)短路試驗(yàn)測(cè)量電流相量時(shí)，廠變6 kV側(cè)的一組CT的測(cè)量數(shù)據(jù)為：三相幅值相等，都為0.5 A；而相角卻是A超前B 120°，A超前C 300°，即B、C相方向相反，相量圖如圖6所示。檢查CT二次回路發(fā)現(xiàn)在就地端子排處將B相CT二次線的尾S2與C相CT二次線的頭S1互換了位置，錯(cuò)誤接線如圖7，改正后電流恢復(fù)正常。

圖6 CT測(cè)量相量圖

圖7 CT錯(cuò)接線圖

2號(hào)機(jī)短路試驗(yàn)測(cè)量電流相量時(shí)，發(fā)電機(jī)的一組 CT 在變送器屏測(cè)得的數(shù)據(jù)為：IA＝0.52 A，IB＝IC＝0.26 A，A相與B相和C相的方向都相反，在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器屏測(cè)得的數(shù)據(jù)三相正常，因此問(wèn)題存在于勵(lì)磁調(diào)節(jié)器屏到變送器屏的回路上，CT接線見(jiàn)圖8。仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)在勵(lì)磁調(diào)節(jié)器屏端子排內(nèi)側(cè)B、C相有一根短接線沒(méi)有拆開(kāi)，如圖中虛線所示，從而形成B、C兩相短接。因此在變送器屏測(cè)量值為IB＝IC＝（IB1＋I(xiàn)C1）/2＝－IA/2 將短接線拆除后測(cè)量，結(jié)果正常。

圖8 CT回路接線圖

3 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作

滇東電廠3號(hào)機(jī)發(fā)變組短路試驗(yàn)時(shí)，發(fā)變組保護(hù)發(fā)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地靈敏段信號(hào)，保護(hù)裝置測(cè)得接地電阻為18 k，裝置測(cè)量轉(zhuǎn)子正對(duì)地電壓為100.4 V，轉(zhuǎn)子負(fù)端對(duì)地電壓為-47.7V。

滇東電廠3號(hào)機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)是全靜止自并勵(lì)系統(tǒng)，使用的是ABB可控硅勵(lì)磁裝置。通過(guò)接于機(jī)端的勵(lì)磁變壓器提供勵(lì)磁整流裝置的功率。轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)的保護(hù)范圍為可控硅交流側(cè)即勵(lì)磁變低壓繞組、可控硅直流側(cè)系統(tǒng)包括直流母排、轉(zhuǎn)子繞組、以及接于轉(zhuǎn)子直流母排上的二次回路，因此轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)的動(dòng)作原因應(yīng)該是以上所述的回路中有對(duì)地絕緣不好的回路。

根據(jù)以上的分析進(jìn)行了下面的檢查：發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地信號(hào)后停止短路試驗(yàn)，跳開(kāi)滅磁開(kāi)關(guān)，保護(hù)裝置后斷開(kāi)轉(zhuǎn)子電壓接入裝置的連接片，用500V兆歐表對(duì)轉(zhuǎn)子繞組進(jìn)行絕緣測(cè)量，絕緣合格。用500 V搖表測(cè)量可控硅交流側(cè)對(duì)地絕緣電阻，絕緣正常。檢查保護(hù)裝置，重新做轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地靜態(tài)試驗(yàn)，邏輯正常。基于一次系統(tǒng)沒(méi)有故障，重新開(kāi)機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)，等到勵(lì)磁電壓升到30 V以上時(shí)，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地信號(hào)再次發(fā)出，仔細(xì)檢查二次回路，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子電壓在保護(hù)B柜有并出線到故障錄波器，但轉(zhuǎn)子電壓線和大軸的線都是從端子排里面并接到故障錄波器的，因此上次測(cè)絕緣的時(shí)候因?yàn)檫B接片已經(jīng)打開(kāi)，并沒(méi)有包括到故障錄波器的這一段線。從故障錄波器后斷開(kāi)端子排的連接片，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地信號(hào)消失，仔細(xì)檢查此段二次回路發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)院和故障錄波裝置定義不符，轉(zhuǎn)子電壓所接位置并不是故障錄波器所定義的轉(zhuǎn)子電壓的通道。

4 發(fā)電機(jī)三次諧波異常

滇東電廠3號(hào)機(jī)電氣總啟動(dòng)進(jìn)行至空載試驗(yàn)時(shí)，發(fā)電機(jī)機(jī)端TV開(kāi)口三角及發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的三次諧波電壓異常，測(cè)量值為機(jī)端零序三次諧波電壓5.85V，基波0.02V，中性點(diǎn)零序三次諧波電壓0.09V,基波0.00 V，發(fā)變組保護(hù)A、B兩套裝置測(cè)量值基本相同。

三次諧波電壓式定子接地保護(hù)是利用發(fā)電機(jī)機(jī)端和中性點(diǎn)的三次諧波電壓在正常和定子繞組接地故障時(shí)的特點(diǎn)構(gòu)成的。發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的三次諧波電壓比機(jī)端的略大，而在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)及其附近發(fā)生接地故障時(shí)，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)的三次諧波電壓減小，發(fā)電機(jī)機(jī)端的三次諧波電壓增大［3，4］。利用其變化特點(diǎn)，使發(fā)電機(jī)機(jī)端三次諧波電壓作為動(dòng)作量，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)三次諧波電壓作為制動(dòng)量，利用絕對(duì)值比較原理，當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端三次諧波電壓與中性點(diǎn)三次諧波電壓比值大于整定值時(shí)，繼電器動(dòng)作，三次諧波電壓式定子接地保護(hù)報(bào)警。

從測(cè)量值可以看出，發(fā)電機(jī)機(jī)端三次諧波電壓明顯偏大，中性點(diǎn)三次諧波電壓近乎為零，存在明顯異常。出現(xiàn)這種情況的可能原因有發(fā)電機(jī)機(jī)端TV和發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)TV二次回路存在錯(cuò)誤，或發(fā)電機(jī)定子繞組非常接近中性點(diǎn)處發(fā)生接地故障。

因總啟動(dòng)試驗(yàn)進(jìn)行之前，剛剛檢查了系統(tǒng)，測(cè)量發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣正常，因此首先懷疑TV二次回路或保護(hù)裝置存在異常。斷開(kāi)裝置連接的外回路，從端子排用繼電保護(hù)測(cè)試儀加入基波及三次諧波電壓，保護(hù)裝置采樣準(zhǔn)確，排除保護(hù)裝置存在異常的情況。發(fā)變組A套裝置機(jī)端三次諧波電壓的采樣是來(lái)自發(fā)電機(jī)出口1TV，B套裝置是采自發(fā)電機(jī)出口3TV。從其兩套裝置采樣基本相同，可以初步判定TV二次回路沒(méi)有存在錯(cuò)誤。為防止1TV、3TV同時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤的情況，對(duì)TV二次回路進(jìn)行仔細(xì)檢查，無(wú)異常，測(cè)量TV特性正常。因此，排除TV回路存在異常的想法。

二次回路及保護(hù)裝置沒(méi)有異常，肯定是一次系統(tǒng)出現(xiàn)了故障。對(duì)一次系統(tǒng)進(jìn)行絕緣測(cè)量，拉開(kāi)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地刀閘，用2 500 V水內(nèi)冷專用兆歐表測(cè)量發(fā)電機(jī)定子繞組對(duì)地絕緣，絕緣正常，符合要求，定子繞組不存在接地故障，這與分析的原因不一致。仔細(xì)檢查一次系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)將發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地刀閘拉開(kāi)后，所測(cè)定子繞組的絕緣沒(méi)有包括中性點(diǎn)接地變壓器高壓側(cè)。斷開(kāi)接地變壓器原邊的接地銅排，用2 500 V兆歐表測(cè)量接地變壓器原邊的對(duì)地絕緣，對(duì)地電阻為零，因此接地變壓器原邊存在接地故障。仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)出口2TV中性點(diǎn)與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)連接電纜的屏蔽層的接地銅辨接觸到了接地變壓器高壓側(cè)，從而造成接地變壓器高壓側(cè)金屬性接地，如圖9。當(dāng)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地刀閘合閘，發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，相當(dāng)于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)直接接地。

圖9 匝間專用PT中性點(diǎn)電纜屏蔽層接地銅辮造成接地變壓器高壓側(cè)接地

顯然，接地變壓器高壓繞組接地是造成三次諧波電壓異常地原因。將接地銅辨固定在遠(yuǎn)離接地變壓器的架構(gòu)上之后，測(cè)量接地變壓器高壓側(cè)對(duì)地絕緣，絕緣正常。合上發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地刀閘，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行零起升壓到額定值，發(fā)變組保護(hù)A、B套裝置三次諧波電壓采樣為：發(fā)電機(jī)機(jī)端1.10 V；發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)2.01 V，從上可以看出發(fā)電機(jī)三次諧波電壓異常的情況消失。發(fā)電機(jī)并網(wǎng)，實(shí)測(cè)三次諧波電壓分別為：發(fā)電機(jī)機(jī)端：1.21V，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)：2.28 V，按此實(shí)測(cè)值對(duì)三次諧波電壓并網(wǎng)后定值進(jìn)行整定。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)滇東電廠一期工程調(diào)試過(guò)程中電氣專業(yè)異常事故的分析，可以看出無(wú)論是在安裝，還是在設(shè)計(jì)甚至調(diào)試等方面，都有待于改進(jìn)和提高。這其中既涉及到一次設(shè)備，也包含二次回路。這些問(wèn)題的出現(xiàn)，延長(zhǎng)了試驗(yàn)時(shí)間，增加了試驗(yàn)人員勞動(dòng)強(qiáng)度。同時(shí)，三次諧波電壓定子接地保護(hù)是靠首次并網(wǎng)及帶負(fù)荷后的實(shí)測(cè)值進(jìn)行定值整定的，因此首次起動(dòng)前系統(tǒng)的絕緣檢查非常重要。而絕大多數(shù)情況下，都會(huì)測(cè)量定子繞組的絕緣，卻忽略了接地刀閘下面的接地變壓器的高壓繞組。因此以后的起動(dòng)試驗(yàn)前的系統(tǒng)檢查，應(yīng)注意接地變壓器高壓繞組的絕緣檢查。