发电机电压互感器故障引起停机分析及对策

巨争号

（神华国能（神东电力）集团公司技术研究院，陕西 西安 710065）

发电机电压互感器故障引起停机分析及对策

巨争号

（神华国能（神东电力）集团公司技术研究院，陕西 西安 710065）

从发电机出口电压互感器典型配置入手，结合某发电机电压互感器故障案例，对电压互感器故障时二次电压幅值及相位关系的变化进行了分析，为减少及有效杜绝同类事故发生，提出了规范和完善的电压互感器预防性试验，严把其选型及出厂验收等方面的对策。

发电机；电压互感器；故障

大型发电机出口一般均装设三组电压互感器，分别向双重化配置的发电机变压器组保护、励磁调节器、远动及计量装置提供发电机电压信号。受电压互感器绝缘水平、制造质量及运行环境等因素影响，近年来系统内外曾发生多起因电压互感器内部绝缘缺陷导致机组相关保护动作的停机事件。

1 发电机出口电压互感器配置

大型发电机受中性点实际位置限制，一般只引出3个端子，即只有1个中性点，无法实现由单继电器横差保护构成的发电机匝间短路保护，取而代之的是在发电机机端装设1组专用匝间保护电压互感器，其电压互感器一次中性点与发电机中性点相连，二次有两个绕组，准确等级按3P、3P配置，分别至发电机变压器组匝间保护装置和自动励磁调节器AVR（Auto Voltage Reg），考虑到发电机发生单相接地后中性点电位升高，该电压互感器绝缘水平为全绝缘结构形式。为满足发电机变压器组继电保护、远动及变送器等要求，还配置两组接线形式、准确等级及变比完全相同的电压互感器，每组电压互感器有3个二次绕组，准确等级按3P、0.2、3P配置，分别至发电机变压器组双套后备保护及故障录波器、电度表及发电机变压器组变送器、发电机变压器组双套定子接地保护，上述二组电压互感器一次绕组中性点接地，考虑实际运行情况，其绝缘水平为分级绝缘结构形式，变比为，其中Ue为发电机额定线电压，有关典型配置如图1所示。

图1 发电机出口电压互感器配置图

2 发电机出口电压互感器故障案例及分析

发电机出口电压互感器故障时，故障相、非故障相二次电压幅值及相位与正常运行时不同，变化轨迹有一定的规律性，结合故障相关数据，根据其规律特性，现场可对故障进行快速定位判断。

2.1 故障情况简述和相关数据

某600MW机组运行中，发电机定子接地保护动作、机组跳闸解列，集控锅炉主燃料跳闸MFT（Main Fuel Trip)动作、厂用电切换成功等信号发出，值班人员就地检查发电机变压器组保护装置动作报告，发电机机端零序电压值为18.1 V，中性点零序电压为18.5 V，动作时限为0.5 s，打印发电机定子接地保护定值，机端及中性点零序电压整定值均为15 V，动作时限0.5 s，调取故障录波器相关参数，故障时发电机A相二次电压为61.7 V，B相二次电压为54.8 V，C相二次电压为57.6 V（A、B、C相二次额定电压为57.75V）。

2.2 故障检查和定位

发电机定子接地保护动作时机端电压互感器开口三角形绕组及中性点接地变压器二次有零序电压，保护为正确动作，同时，故障时发电机三相电压不平衡更加证实了上述观点。可能原因有发电机定子绕组单相接地，发电机电压系统有关一次设备存在接地或绝缘损坏，出现问题的设备可能有发电机定子绕组、发电机出口电压互感器、发电机电流互感器、发电机封闭母线及支柱瓷瓶，主变压器低压绕组及引线支柱瓷瓶，厂用高压变压器、励磁变压器高压绕组及引线支柱瓷瓶等。为缩小查找范围，以确定发电机本体绕组是否有接地故障，首先打开发电机出口软连接，用水内冷发电机专用兆欧表测量发电机绕组绝缘合格，发电机直流耐压试验合格，封闭母线带主变压器低压侧及厂用高压变压器、励磁变压器高压侧测绝缘，其绝缘电阻与故障前试验值比较无明显变化，发电机中性点接地变压器一、二次绕组对地绝缘也良好。考虑到发电机电压互感器2PT、3PT为半绝缘绝缘水平，并且为户内环氧树脂浇注式封闭结构，当故障性质不十分严重时，正常无法用测绝缘对其状态进行判断，故决定对2PT、3PT进行一、二次绕组直流电阻、三倍频感应耐压及空载电流等试验[1]，试验发现2PT的B相一次绕组直流电阻较正常略有下降，一次绕组对二次绕组及一、二次绕组对地绝缘电阻值大于2 500MΩ，三倍频感应耐压当升压至3 kV左右时试验仪器过流跳闸，试验未通过（有关电力设备预防试验规程要求三倍频感应耐压试验应升压至47 kV，升压时间40 s无击穿），怀疑2PT的B相一次发生击穿放电现象，鉴于此，也无再进行励磁特性试验的必要。对2PT其他二相、3PT每相、匝间保护专用全绝缘结构1PT各相进行一次绕组对二次绕组绝缘电阻、一、二次绕组对地绝缘电阻、一、二次绕组直流电阻、三倍频感应耐压、空载电流等试验，均正常。UC的中性点，Rg为等效过渡接地电阻，当B相发生上述故障后，其二次电压偏移中性点G点视接地电阻Rg大小在以UB为弦，圆周角为Arctan（Xs/（Xs+Rg））圆弧上移动（XS为发电机出口电压互感器等效电抗值），Rg愈大，G点愈靠近O点，可以看出其二次电压幅值UB′较UB小，UA′较UA大，UC′较UC略大或不变，一般来讲，超前相电压增加，故障相电压减少，滞后相电压略有增加或不变，UA′与UB′相位差小于120°，UB′与UC′相位差大于 120°， UC′与 UA′相位差小于120°。本故障案例二次电压数据为UA′=61.7 V，UB′=54.8 V，UC′=57.6 V，与上述分析结论一致。除本案例外，国内其他2个发电厂发电机机端电压互感器故障案例数据及故障结果为：某电厂600MW发电机组出口电压互感器A相匝间接地故障，其

2.3 电压互感器返厂解体检查及故障分析

2 PT外观检查良好没有损坏，采用专用割锯对其进行逐层解剖，发现一次绕组最里层第一级线圈中间几层完全烧毁，漆包线漆皮脱落，层间绝缘粉化，二次绕组绝缘良好，据此可以排除二次绕组及二次电缆回路短路性质故障，也可排除系统接地发生铁磁谐振过电压导致一次绕组产生涌流性质的故障，可以确定故障原因为一次绕组发生匝间短路并经过渡电阻接地故障。该组电压互感器运行已数年，电压互感器匝间或层间故障有积累效应，其一次线圈中间及靠近里层部位运行时温度较高，绝缘老化较其他部位严重，对故障的产生有一定影响，对于由此引起的匝间绝缘缺陷，虽能承受定期及出厂感应耐压试验，但不一定能够避免长期运行过程中绝缘进一步损坏的现象发生。

2.4 故障相量分析

该机组共有3组出口电压互感器1PT、2PT、3PT，全绝缘结构的1PT为匝间保护专用，半绝缘结构的2PT、3PT为保护及测量装置使用，当2PT的B相发生匝间并经电弧过渡电阻接地故障后，发电机电压系统产生零序电压，发电机中性点电位升高至零序电压，1PT由于一次绕组中性点直接与发电机中性点相连且未直接接地，其开口三角形绕组输出为零，二次绕组各相电压对称。2PT、3PT一次绕组中性点接地，其开口三角形绕组有输出，二次绕组三相电压不对称[1]，忽略该2PT的B相由于匝间短路匝数减少引起的二次电压变化，其二次电压相量大小及相位关系分析如图2所示，UA、UB、UC为正常时二次电压相量，其相位互差120°，幅值为UA′=52.47V，UB′=57.4V，UC′=63V，3U0=10.4V。另1电厂300MW发电机组出口电压互感器B相匝间接地故障，UA′=63.7V，UB′=50V，UC′=60.3V，3U0=13.77 V，其结果也符合上述相量分析。当发生类似故障时，根据上述分析结论，可较快分析事故的原因并对事故设备进行定位。

图2 2PTB相匝间短路并经电弧过渡电阻接地相量分析图

3 对策

为减少及有效杜绝该类事故的发生，应从以下几个方面入手，提高电压互感器安全运行水平。

3.1 规范和完善电压互感器相关预防性试验

如2.3所述，该类半绝缘结构电压互感器故障原因与电压互感器运行时间长短，一次线圈中间及靠近里层部位散热不良有热积累效应等有关。对于由此引起的绝缘事故，可以通过强化相关预防性试验提早发现。按有关DL/T 596—1996《电力设备预防性试验规程》相关要求，额定电压为20 kV的电压互感器应进行绝缘电阻、介质损耗（仅限于油绝缘的电压互感器）、交流耐压、局部放电、空载电流、绝缘油击穿电压、电压比、联接组别和极性等相关试验，对于固体绝缘的电压互感器无与油相关的试验内容。电厂应在规定的试验周期或必要时完成交流耐压、绝缘电阻、空载电流测量等试验，对于半绝缘结构电压互感器交流耐压应进行三倍频（150 Hz） 感应耐压试验代替工频交流耐压试验，以发现电压互感器内部绝缘缺陷，耐压值按该电压互感器出厂耐压试验电压的85%确定，当无出厂耐压值时按47 kV进行耐压试验。空载电流测量按中性点接地系统、非有效接地系统分别加到1.5Ue/电压下测量空载电流，空载电流不大于最大允许值，同时，空载特性曲线应与上次或出厂空载特性曲线比较不应有较大变化，空载特性试验是发现电压互感器是否存在匝间短路的有效手段，对于局部放电试验，一般发电厂受试验场地及试验设备限制无法进行，建议有条件时将电压互感器运至属地电科院进行试验，其他常规试验标准及注意事项参见有关试验规程。

3.2 严把设备选型及出厂验收质量关

针对国内近几年发生的同类事故，新（扩）建电厂设备选型或设备改造时应选择质量相对过关的电压互感器产品，在产品内部绝缘上，应尽量要求厂家按F级绝缘工艺生产（一般按B级绝缘工艺生产），有条件时对于非匝间专用电压互感器建议选用全绝缘结构制造工艺。出厂交流耐压试验，空载电流试验等要严格按相关行业标准进行。

3.3 其他对策

加强运行巡检检查，采用看、听、闻等手段，检查运行中的电压互感器有无异常，柜内有无异味，定期或不定期对其本体及引线进行红外测温，尽可能提早发现设备异常现象。

4 结论

发电机出口电压互感器发生匝间并经电弧过渡电阻接地故障，发电机电压系统将产生零序电压并使发电机相关保护动作，理论分析和故障录波证明其故障相二次电压与非故障相二次电压在幅值和相位变化上有一定规律性，针对电压互感器故障，应从规范和完善相关预防性试验，设备选型及运行巡检上采取相关对策，确保发电机安全稳定运行。

［1］ 王广延.电力系统元件保护原理［M］.北京：水利电力出版社，1988：79-84.

Analysis and Measurement for Generator Trip Caused by Generator VT Fault

JU Zheng-hao
（Shenhua Guoneng（Shendong）Energy Group Technology Research Institute Co.，Ltd.，Xi’an，Shaanxi 710065，China）

The secondary side voltage amplitudeand phase relation of the generator VTduring the faultwere analysed for the typical VT configuration with a case study，and measurements for VT preventive test and the VT type selection and acceptance have been inroduced to reduce and preventsuch failures.

generator；voltage transformer；fault

TM45

B

1671-0320（2014）03-0039-03

2014-01-07，

2014-03-17

巨争号（1963-），男，陕西扶风人，2012年毕业于西安交通大学电力系统及其自动化专业，高级工程师，从事电气及自动化专业运行与管理工作。