火电机组电气启动试验中的问题及处理

孙钢虎，兀鹏越，牛利涛，张文斌，彭金宁

(西安热工研究院有限责任公司，西安市 710043)

0 引言

大型火电机组首次启动过程中，要进行一系列的电气试验，称之为总启动试验。试验目的是检验电气一次、二次设备的设计、制造、安装及调试质量，检验电气系统的完整性、可靠性，及时发现并消除可能存在的缺陷，保证电气系统及设备能够安全正常投入运行。电气总启动试验是系统性的大型试验，具有试验内容多、试验时间长、工作强度大的特点，对试验人员的技术水平、组织能力、对突发问题的应对能力以及生理心理承受能力都是极大的考验。如何安全、顺利地完成机组的电气总启动试验，是电气调试人员在整个调试过程中需考虑的最重要问题。

笔者根据近年来参与的多台大型机组电气整套启动调试的实践，列举了常见的4类启动试验问题，并对每类问题产生的原因进行分析，探寻其发生的内在规律，并给出了防范和应对办法，供相关人员参考。

1 试验操作问题案例

操作问题主要是运行人员和调试人员在试验过程中操作设备，或者采取试验临时措施中出现的问题。出现问题的类型主要有:操作漏项、操作不到位、操作错误、操作失误等，原因是工作责任心不够、经验欠缺以及工作能力不足。

1.1 电压互感器小车未合导致误强励

2007年4 月，某300 MW机组启动试验时，当励磁系统首次起励后，励磁系统过电压动作，跳开灭磁开关，而发变组保护无异常。

事故发生后，检查发电机机端电压互感器小车未推入。分析认为，发电机升压时，由于电压互感器未接入，所有二次回路检测不到发电机电压，励磁系统根据电压闭环原理持续增加励磁，发生误强励事故。

1.2 电压互感器一次保险安装不到位导致匝间保护动作

2011年5月，某330 MW机组在启动时，励磁系统刚开始建压，发电机匝间保护动作，跳灭磁开关并关闭主汽门，机组停机。事故发生后，检查发现发电机用于匝间短路的1TV电压互感器C相一次保险安装不到位，未接触上金属触头。当发电机起励后，保护装置因缺少C相电压，而检测出零序电压，由于此时发电机电压尚未正常，还无法判断电压互感器断线，因此匝间保护误动作。

1.3 厂用6 kV电压互感器小车装反

2011年3月，某3号机组厂用受电时，A段备用电源进线开关合闸后，调试人员检查发现备用电源进线PT二次侧相电压为反相序。

为确认检查问题，在A、B段之间进行二次核相，A-A电压100 V，C-C电压100 V，B-B电压0 V，由此断定A段电压反相。为排除一次相序错误，用高压核相棒在A、B段之间进行一次核相，确认一次进线相序正确。进一步检查，发现工作电源进线和备用电源进线电压互感器小车装反。由于一次电源进线相序空间结构相反，工作电源进线和备用电源进线间隔电压互感器小车相序也相反。而2个小车结构外形完全一致，且未有明显编号标识，因此导致运行人员在操作时搞错电压互感器小车，发生相序错误。

1.4 并网信号解除与恢复

2006年7月，某厂5号机组冲转过程中，汽轮机控制方式为转速控制，当汽轮机在1 000 r/min进行暖机时，当值运行人员为提前做发变组短路试验的准备，就地合5号发变组出口主开关后，汽轮机转速突然上升，至1 800 r/min时运行人员打闸停机。

检查发现，在短路试验前，电气试验人员与热控试验人员未充分沟通，未解除并网信号控制汽轮机由转速控制切换为功率控制方式的逻辑，导致将短路试验合断路器误认为并网状态，汽机控制转为功率控制方式而升速。

与此相反，当电气试验结束，机组准备并网前，应该恢复发电机并网信号，从而使得并网后汽机转为功率控制方式，带初始负荷运行。2008年6月，某电厂5号机组首次并网，由于热控人员忘记恢复并网逻辑，并网后机组功率一直在－1 MW和0之间徘徊，属于逆功率运行状态，没有带上预定的初始负荷。机组异常运行约1 min后，热控人员恢复并网逻辑，机组才带上初始负荷。

1.5 操作问题的防范

从近年多个工程现场的情况来看，由于试验操作引起的问题时有发生。此类问题发生的根本原因在于责任心不强，没有严格按照试验方案执行，此类问题是应该、并且也是能够避免发生的。作为运行人员，应该严格按照试验方案以及操作票执行操作，防止跳项、漏项，对每1项操作结果要进行确认，正确无误后方可执行下一步操作。作为调试人员，应深入了解各项试验的原理及操作方法。虽然不同机组电气总启动试验有所差别，但总体程序还是基本一致的，试验过程的操作也大同小异，因操作问题而可能发生的问题也是有规可循的。调试人员应该清楚知道可能出现的操作失误，以及由此产生的后果，并采取有效的措施，如试验前技术交底、做好试验记录、监护、指导并及时纠正运行人员的试验操作，杜绝此类问题的发生。

2 设备配合问题案例

由于是机组首次启动，所有电气一次、二次设备和回路第1次同时工作，在有的设备之间就会出现相互之间的影响，导致某些设备不能正常工作、某些试验达不到预期的效果。例如，双套配置的转子接地保护由于互相冲突，平时只能投入1套，如果双套同时投入，就会报警。双套转子接地保护相互冲突已被电气人员所熟知，然后，在机组电气启动试验中，还有一些不常遇到的设备冲突问题。

2.1 线性灭磁电阻对转子交流阻抗测量的影响

2011年7月16日，某330 MW整套机组启动调试期间，机组定速3 000 r/min时，在发电机机端碳刷处进行转子交流阻抗测量。当给转子施加220 V交流电压时，电流达到了120 A，远远大于交流阻抗出厂测量值31 A，导致电源开关跳闸。

经检查，该机励磁系统采用“晶闸管跨接器+线性灭磁电阻”的智能化灭磁柜，灭磁电阻约为2 Ω。当灭磁开关分开后，灭磁开关的辅助触点去触发晶闸管跨接器，使得跨接器晶闸管导通，相当于将线性灭磁电阻直接与转子绕组并联在一起。当在转子绕组上施加交流电压后，线性灭磁电阻会分流，经计算分流电流约90 A。

当拆开灭磁电阻回路后，再次测量转子交流阻抗，测量值与出厂值基本一致。

2.2 轴电压抑制器对转子接地保护的影响

2009年9月11日，某670 MW机组进行发电机短路试验，当机端电流升至8 kA(励磁电压99 V，励磁电流1.025 kA)时，发变组保护A柜发“转子一点接地报警”信号。

停机检查，转子绝缘正常，灭磁电阻柜内绝缘为18 kΩ，而该机组A柜乒乓式转子接地保护报警值为20 kΩ，因此报警。分析认为，该柜内装设有阻容原理的轴电压抑制回路，导致对地绝缘较低。鉴于该机组轴电压不高，取消轴电压抑制回路无甚影响，因此拆除了轴电压抑制回路。然后，测得灭磁电阻柜绝缘大于2.5 MΩ。再次启机后，再未发转子接地报警信号。

2.3 注入式转子接地对轴电压的影响

2010年12月20日，某1 036 MW机组首次并网成功后，测量轴电压U1=18 V，高于一般机组10 V以下的轴电压水平。

分析认为，该机组采用注入式转子接地保护，在转子上叠加了电源电压约为46 V、频率1 Hz的低频电压。由于转子绕组紧密缠绕在大轴上，因此可能会将此电压耦合到大轴上。为验证上述分析，2010年12月30日，在机组带300 MW负荷的情况下，申请退出注入式转子一点接地保护的低频电源后，测量发电机轴电压U1=7.8 V，属于正常水平。

由于该机组轴承主绝缘采用双绝缘，绝缘可靠性非常高，因此18 V的轴电压不会导致轴承油膜击穿，机组可以正常运行。因此建议不采取特别措施，仅对发电机主绝缘和轴电压做好定期监测，必要时进行润滑油化验以检测油质是否劣化［1］。

2.4 断路器防跳回路冲突

海门电厂1号起备变断路器、上安电厂500 kV断路器在设备通电调试时，均出现断路器只能合分1次后就保持在跳闸位置，同时操作箱跳、合闸监视灯均点亮，除非操作电源断电后再送上，否则不能再次合闸操作的情形。

该问题属于典型的断路器本体防跳继电器与操作箱合闸监视回路电阻不匹配问题，导致防跳继电器不能返回，闭锁合闸回路，导致断路器无法再次合闸。解决办法是在合闸监视回路中增加串联断路器常闭触点，合闸后强制断开合闸监视回路，复归防跳继电器。这样，即使两者电阻不匹配，也不会出现防跳继电器不返回的情况［2］。

2.5 设备冲突问题的处理

由现场情况来看，新设备之间的互相冲突、互相影响现场时有发生，这类问题原因一般较为复杂、隐蔽，解决难度较大。随着类似问题在现场的不断发生，发现其中还是有一定的内在规律，某些设备在一起冲突是必然的，会在不同的工程中反复遇到。作为调试工程师应善于对这些问题加以总结，发现其中的内在规律，就能预想到启动试验过程中可能出现的一些设备之间的冲突，也就能够在出现问题时及时、正确提出应对措施。

3 设计问题案例

设计问题也是新机组调试过程中经常出现的问题。大部分设计问题在静态检查和分系统调试过程中会被发现和解决，但也有部分问题只有设备带电正式运行后才会暴露出来。

3.1 励磁变变比设计对发电机短路试验的影响

励磁电压的选择一般是根据励磁系统强励等工况的要求来设计的。如果发电机额定电压较高，而励磁电压选择较低，就会导致励磁变变比较大。对于自并励机组，启动试验时所需的临时励磁电源取自6 kV高压厂用电，励磁电源电压远低于正式的发电机电压，就会导致在发电机短路试验时励磁电压不够，无法获得发电机额定短路电流所需的励磁电流。这种情况在发电机电压大于24 kV的多台机组出现过。

如果励磁电压确实无法改变，一个较好的解决办法是将励磁变压器设计成带有试验分接头的形式，专供启动试验使用。这就需要设计单位和业主在订货时充分考虑。

3.2 励磁电压分压电阻设计不合理

某厂1号机组发电机空载零起升压过程中，发变组保护、故障录波器测得的转子电压与实际值偏差超过30%，导致失磁保护励磁电压判据不能投入，故障录波器励磁电压无法准确测量。

按照设计意图，为防止高电压进入二次盘柜，该励磁系统输出的转子电压采用电阻分压方式，输出分压比例为15∶1。停机后，甩开外接线，在励磁系统励磁电压输出端子上测得励磁系统内阻90 kΩ;在发变组保护柜测得负载电阻为175 kΩ，在故障录播器柜测得负载电阻100 kΩ。由于负载电阻和分压电阻同一数量级，电阻的分压作用导致实际分压比远远偏离原设计值。由于励磁电压偏移太大，只能在发变组保护中取消失磁保护励磁电压判据［3］。

2010年底投产的3号机组吸取上述教训，设计改由励磁系统的变送器送出4～20 mA励磁电压信号至保护柜，从而能够投入失磁保护励磁电压判据;而故障录波器采用直采励磁电压，运行效果良好。

3.3 发电机接地变二次电阻变比错误

2011年7 月，某3×330 MW机组3号机组首次启动后，发现发电机中性点零序电压低于机端零序电压，满负荷时中性点零序电压0.98 V，机端零序0.55 V。

3.4 主变差动电流互感器选择错误

某大型机组启动调试期间，调试人员在检查电流互感器本体铭牌配置时发现，主变差动保护的高压侧及发电机侧电流互感器均设计为TPY级，而高厂变侧电流互感器却选择为5P40级。根据设计规程［4］，差动保护的电流互感器选择应一致，显然此处设计与规程不符。但是机组已即将启动，如需更换电流互感器，从订货到制作、运输、安装，将是一个漫长的过程，是现场情况所不允许的。因此，该问题只能留待以后解决。

3.5 设计问题的处理

由于设计错误带来的现场问题，发现越晚，处理难度越大、代价越大，甚至有的问题难以处理，设计问题最好的解决办法就是及早发现。因此，一方面，建议改变现行的调试单位在工程后期才参与进来的做法，业主应及早要求调试单位在联络、设计阶段就介入工程，参与方案的讨论及图纸的审查。另一方面，在工程现场施工、调试过程中，调试人员既要尊重设计，也要勇于质疑设计，不能盲目迷信。对于可能存在的设计问题，除及时与业主、监理及现场设计工地代表沟通，必要时还要以书面形式提出自己的意见。在调试过程中发现此类问题，调试人员应检查分析原因，给出解决处理的建议。

4 设备安装质量问题案例

由于基建工期、安装人员技术水平、设备质量等原因，很多工程安装质量较差，尤其是电气一次、二次回路接线，在新机组调试过程中会出现很多问题。

4.1 电流回路分流

淮阴电厂5号机组发电机短路试验时，发变组保护屏的2组发电机电流三相不平衡，一组A相电流偏小，另一组C相电流偏小，而且发电机差动保护A、C相出现了较大的差流，且差流越限报警。

经检查发现，电流互感器接线盒盖压在二次接线上，并压破了电缆外皮绝缘，造成电流互感器二次回路与接线盒盖短路接地，发生了二次电流分流，导致保护装置二次电流采样偏小。

4.2 匝间专用电压互感器一次电缆未联接

2009年7月25日，河源电厂一期工程2号机组进行电气整套启动的发变组空载试验时，发电机出口全绝缘电压互感器零序电压较其他机组大。检查发现发电机匝间保护专用电压互感器中性点至发电机中性点一次电缆未连接，电压互感器一次中性点未接地导致零序电压过大。

4.3 母排反相序安装

新华电厂“大代小”330 MW机组，电气整套启动试验中，励磁空载试验，发现励磁系统不能正常励磁，励磁电流比发电机空载明显增大。经检查，励磁变低压侧至调节器的共箱母线的相序为反相序。

4.4 一次电缆位置接错

2002年3月，宝鸡3号机组接错一次电缆位置，将中性点电缆接在发电机出口到电压互感器的引接线母排上，实际造成发电机首尾短接。在发电机短路试验首次起励过程中，短接电缆在发电机定子大电流冲击下瞬间闪络、烧断起火，造成发电机出口一组保护专用电压互感器、一组避雷器严重烧损报废。

4.5 电流互感器二次绕组等级接错

张家口二期4×300 MW工程5号机组带负荷试运期间，进行厂用备用电源向工作电源切换过程中，高厂变差动保护动作，机组跳闸全停。

检查发现厂用分支电流互感器等级用错，即误将电流互感器二次0.5级测量绕组用作保护用5P20级绕组，由于测量级电流互感器伏安特性线性范围较小，在厂用切换过程中，系统存在较大环流，导致测量级电流互感器饱和，从而在差动回路形成较大的差流，保护动作跳闸。

4.6 设备安装问题的防范

安装施工带来的一次、二次接线问题，主要依靠在安装阶段安装单位技术员自查，在静态和分系统调试阶段调试人员复查。此类问题在整套启动前应该全部检查完毕，不应该带入启动过程中。作为调试人员，在设备安装完成后，应及时进行复查，尤其是对经常可能发生的、比较隐蔽的设备安装缺陷做重点检查。

5 结语

通过对笔者近年来在大机组电气总启动试验过程中常见的操作问题、设备配合问题、设计问题及安装质量问题的一些实际案例的分析，指出电气启动试验过程中出现的问题在看似偶然的表象下面，是有一定的规律可循的，要从众多的现场问题中总结规律、汲取经验教训，对于不同的问题，要采取不同的防范及处理方法，防止类似问题的发生。

［1］张文斌，兀鹏越.华能海门电厂1号机组整套启动调试报告［R］.西安:西安热工研究院有限公司，2009.

［2］兀鹏越，董志成，陈琨，等.高压断路器防跳回路的应用及问题探讨［J］.电力自动化设备，2010，30(9):57-59.

［3］兀鹏越，胡任亚，陈飞文，等.1 036 MW机组的电气整套启动调试［J］.电力建设，2010，31(7):77-79.

［4］国家经济贸易委员会.DL 5000—2000火力发电厂设计技术规程［S］.北京:中国电力出版社，2000.

(编辑:马晓华)