發(fā)電機(jī)機(jī)端20 kV電壓互感器故障處理及原因分析

焦東圍，韓尊占，楊 烽，熊 舟

（中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443000）

1 引言

隨著社會(huì)的高速發(fā)展，人類用電需求不斷增大，電力設(shè)備安全可靠性要求不斷提升，電壓互感器在電力系統(tǒng)中起著關(guān)鍵的作用，是電力系統(tǒng)中保護(hù)、計(jì)量用重要設(shè)備。電壓互感器在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)各種原因?qū)е碌幕ジ衅鞴收希收虾蟮默F(xiàn)場(chǎng)檢修時(shí)間長(zhǎng)、工作量大，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)供電的可靠性，為了能夠縮短檢修時(shí)間或避免設(shè)備故障，熟悉了解電壓互感器設(shè)備故障原因?qū)υO(shè)備檢查和分析起到關(guān)鍵作用。

2 電壓互感器故障原因

2.1 過電壓對(duì)電壓互感器的影響

（1）由于電力系統(tǒng)諧振,電壓互感器上承受的過電壓和過電流雖然幅值較小,但是時(shí)間較長(zhǎng),大量電能作用在電壓互感器上并轉(zhuǎn)化為熱能,使其長(zhǎng)期發(fā)熱。當(dāng)熱量積累到一定程度時(shí),會(huì)擊穿電壓互感器絕緣。

（2）由于大氣雷電和開關(guān)合閘、分閘操作等因素的影響,變電站內(nèi)的電氣設(shè)備不可避免的受到雷電過電壓、操作過電壓的作用和沖擊，電磁式電壓互感器的鐵心處在一個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下,勵(lì)磁特性和鐵損特性在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到飽和,二次側(cè)電流、電壓發(fā)生畸變，可造成電壓互感器故障。

2.2 鐵心故障對(duì)電壓互感器的影響

（1）鐵心疊片片間絕緣損壞

鐵心片間絕緣不良或使用環(huán)境條件惡劣損壞促使鐵心發(fā)熱，片間絕緣情況不斷惡化，最終造成繞組絕緣擊穿或PT開裂。

（2）鐵心與接地連片接觸不良

鐵心與接地連片接觸不良或接地連片螺栓松動(dòng)，會(huì)造成設(shè)備運(yùn)行時(shí)發(fā)熱，嚴(yán)重情況下放電造成設(shè)備損壞。

2.3 設(shè)備生產(chǎn)工藝對(duì)電壓互感器的影響

（1）繞組斷線

一次繞組高壓引線焊接工藝不過關(guān)，機(jī)械強(qiáng)度不夠或引出線不合格，造成繞組引線斷線。

（2）繞組匝間短路

絕緣內(nèi)部存在氣隙、繞組漆包線有尖角、毛刺或漆孔數(shù)量較多、匝間漆孔位置相對(duì)較近，運(yùn)行過程中局部放電，絕緣損壞造成匝間短路。

2.4 環(huán)境對(duì)電壓互感器的影響

（1）溫濕度及污穢對(duì)互感器的影響

設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行在溫濕度或污穢等級(jí)較高的環(huán)境下，造成設(shè)備絕緣性能下降，嚴(yán)重時(shí)造成設(shè)備損壞。

（2）振動(dòng)對(duì)互感器的影響

設(shè)備振動(dòng)，易造成緊固件松動(dòng)或機(jī)械強(qiáng)度較弱部位斷裂，導(dǎo)致設(shè)備損壞。

3 電壓互感器故障案例

3.1 事件概況

（1）故障發(fā)生當(dāng)日00:09 監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)：“機(jī)組：A套發(fā)電機(jī)保護(hù)定子接地保護(hù)動(dòng)作”、“機(jī)組：B套發(fā)電機(jī)保護(hù)定子接地保護(hù)動(dòng)作”、“機(jī)組：A套發(fā)電機(jī)保護(hù)停機(jī)總出口動(dòng)作”、“機(jī)組：B套發(fā)電機(jī)保護(hù)停機(jī)總出口動(dòng)作”、“機(jī)組：電氣事故停機(jī)”、“機(jī)組出口斷路器三相跳閘”等信號(hào)，檢查機(jī)組電氣事故停機(jī)MARK_1動(dòng)作，機(jī)組解列停機(jī)，緊急停機(jī)流程啟動(dòng)。

（2）現(xiàn)場(chǎng)檢查，機(jī)組發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置有“A、B套定子接地保護(hù)動(dòng)作、電氣事故出口停機(jī)”信號(hào)，機(jī)組全停。

（3）現(xiàn)場(chǎng)檢查機(jī)組B 電壓互感器4PT表面有裂紋、有內(nèi)部物質(zhì)溢出。

（4）PT備件預(yù)試，更換故障PT。

表1 故障電壓互感器技術(shù)參數(shù)

3.2 保護(hù)及錄波情況

（1）保護(hù)裝置動(dòng)作情況

現(xiàn)場(chǎng)查看保護(hù)裝置，A、B兩套零序電壓定子接地保護(hù)均動(dòng)作。A、B兩套發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置測(cè)量接地電阻值均在1.83 kΩ左右，注入式定子接地保護(hù)均發(fā)告警信號(hào)且現(xiàn)場(chǎng)告警無法復(fù)歸（注入式定子接地保護(hù)告警定值為5 kΩ，延時(shí)5 s。跳閘定值為0.5 kΩ，延時(shí)0.5 s）。

（2）錄波情況

查看錄波，故障時(shí)機(jī)端三相電流相序和幅值未明顯異常。機(jī)端開口三角有零序電壓且不斷增大，零序電壓達(dá)到10 V，經(jīng)0.5 s發(fā)電機(jī)A、B套保護(hù)動(dòng)作出口（基波零序電壓定子接地保護(hù)定值為10 V，延時(shí)0.5 s）。中性點(diǎn)有零序電壓且與機(jī)端開口三角基本一致。機(jī)端A相電壓60 V左右，機(jī)端B相電壓降至51 V左右，C相電壓降至53 V左右。錄波波形見圖1。

圖1 XX號(hào)機(jī)組B故障錄波波形

3.3 故障電壓互感器現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)機(jī)組勵(lì)磁變壓器內(nèi)B相4PT表面有裂紋并流出黑色膠狀物質(zhì)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量故障PT一次繞組對(duì)地絕緣為0，一次繞組對(duì)二次繞組絕緣合格（大于550 MΩ），二次繞組對(duì)地絕緣合格（大于550 MΩ）。

圖2 故障PT現(xiàn)場(chǎng)圖

4 故障原因分析

4.1 保護(hù)及錄波分析

兩套發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置采樣及動(dòng)作行為一致，機(jī)端PT自產(chǎn)零序、機(jī)端開口三角零序、中性點(diǎn)零序電壓均基本一致，故障期間機(jī)端電壓無異常波動(dòng)，無倒閘操作。

結(jié)論：判定為一次側(cè)存在接地故障，排除諧振或操作過電壓為事故因素。

4.2 互感器解體分析

對(duì)PT部分解剖后發(fā)現(xiàn)一次繞組的外層部分（約10層）絕緣狀態(tài)良好，中層及部分底層一次繞組燒蝕明顯。鐵心明顯過熱，外包絕緣層碳化，PT一次繞組對(duì)鐵心有明顯的放電痕跡。PT解剖如圖3所示。

圖3 故障PT底座及鐵心解剖圖

結(jié)論：一次繞組匝間短路，導(dǎo)致絕緣擊穿，繞組對(duì)鐵心放電。

4.3 總結(jié)分析

發(fā)電機(jī)出口PT采用的是固體環(huán)氧絕緣，是由環(huán)氧樹脂、填料、顏料及固化劑按一定比例混合后真空澆筑固化成型，如果絕緣內(nèi)部存在氣隙等就會(huì)造成局部場(chǎng)強(qiáng)過高發(fā)生局部放電；另外繞組在繞制過程中如形成尖角、毛刺，也會(huì)使局部電場(chǎng)增強(qiáng)而發(fā)生局部放電，局放不會(huì)馬上導(dǎo)致絕緣擊穿，但有累積效應(yīng)，會(huì)逐步降低PT繞組絕緣材料性能，最終導(dǎo)致匝間絕緣的擊穿。

結(jié)論：產(chǎn)品在線圈繞制及澆筑過程中存在局部缺陷以及繞組漆包線質(zhì)量本身存在局部缺陷導(dǎo)致PT局放，造成匝間短路，因累積效應(yīng)，最終絕緣擊穿，發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作。

5 防范措施

（1）同類型PT紅外測(cè)溫及局放測(cè)量

為排查其他同類型電壓互感器運(yùn)行溫度是否正常，維護(hù)人員組織對(duì)發(fā)電機(jī)機(jī)端20 kV電壓互感器開展測(cè)溫工作（表2）。

表2 測(cè)溫統(tǒng)計(jì)表單位：℃

綜合分析測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，同一機(jī)組三相電壓互感器運(yùn)行溫度基本一致，無明顯差異；發(fā)電機(jī)機(jī)端20 kV電壓互感器運(yùn)行中本體溫度正常，未發(fā)現(xiàn)溫度異常點(diǎn)，本體溫度均比環(huán)境溫度略高，溫度最高值比環(huán)溫高約4.2 ℃。

對(duì)設(shè)備運(yùn)行期間打開柜門檢測(cè)風(fēng)險(xiǎn)較大的勵(lì)磁變處PT，采用紅外成像儀測(cè)溫，溫度最高值比環(huán)溫高約8 ℃，未發(fā)現(xiàn)溫度異常點(diǎn)。

為排查其他同類型電壓互感器局部放電量是否正常，同時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)機(jī)端20 kV電壓互感器開展局放測(cè)量工作，測(cè)量發(fā)現(xiàn)無明顯異常局部放電信號(hào)。

（2）檢修期間對(duì)同類型PT本體進(jìn)行全面檢查，確認(rèn)是否存在異常現(xiàn)象。

（3）清理PT備品備件，對(duì)消耗的備件及時(shí)采購(gòu)補(bǔ)充，對(duì)帳齡較長(zhǎng)的PT備件進(jìn)行更新，確保庫(kù)存?zhèn)浼顟B(tài)良好可用。

（4）調(diào)研業(yè)內(nèi)電磁式PT絕緣材料及制造工藝，研究采用全絕緣PT替代分級(jí)絕緣PT的可行性。

（5）研究PT局部放電在線監(jiān)測(cè)的可行性。

（6）研究PT紅外在線測(cè)溫的可行性。

6 結(jié)語

電壓互感器是電力系統(tǒng)中保護(hù)、計(jì)量用重要的電力設(shè)備，互感器故障嚴(yán)重影響電力設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。本文闡述了導(dǎo)致電壓互感器故障的多種原因及類型，同時(shí)結(jié)合電壓互感器故障實(shí)際案例深入分析事件原因、處理過程，以及針對(duì)此類故障現(xiàn)象提出防范措施，有效提高了電壓互感器故障處理效率及電力設(shè)備的安全可靠性。