600 MW机组励磁变压器低压侧短路故障分析

2017-09-04王东亚沈文华陈灌明

综合智慧能源 2017年8期

关键词：时限差动励磁

王东亚，沈文华，陈灌明

(广东珠海金湾发电有限公司，广东珠海 519000)

600 MW机组励磁变压器低压侧短路故障分析

王东亚，沈文华，陈灌明

(广东珠海金湾发电有限公司，广东珠海 519000)

广东某电厂#3机组启动过程中，自并励励磁系统的励磁变压器低压侧短路跳闸，导致机组跳闸。对励磁变压器故障保护动作曲线及解体后的故障现象进行分析，指出#3励磁变故障原因是散热不足导致低压线圈内绝缘及匝间绝缘老化，最终出现低压线圈匝间短路，根据故障原因提出了修复及改进意见。

励磁变压器；低压侧；短路；保护

0 引言

近年来，发电机组的励磁变压器(以下简称励磁变)故障多发，故障种类多样，对机组的安全运行造成了重大的影响，产生了较大的经济损失。本文根据励磁变低压侧具体故障现象，结合变压器保护动作情况[1-2]，参考同类型机组故障[3]，分析故障发生的原因，提出预防此类故障的改进措施，为同行业励磁变的稳定运行提供参考。

1 设备概况及故障经过

广东某电厂#3，#4机组(2×600 MW超临界燃煤机组)于2007年投产发电，机端采用自并励励磁方式，励磁系统为ABB公司生产的UNITROL5000系列产品，励磁变为ZSCB9-6600/20型三相干式变压器，额定电压为20 000 V/880 V，YD11联结方式，冷却方式为自然空气冷却(AN)。励磁变压器保护配置为GE公司生产的T35变压器保护装置，设置差动保护、高压侧电流保护等保护，为双套保护配置。

2015年1月4日#3机组启动过程中，合上灭磁开关机端电压自动升至19 950 V后，励磁变突然跳闸，就地检查励磁变本体有烟冒出。停机后检查发现#3励磁变外罩有熏黑现象，励磁变低压侧C相绕组烧黑，B相也有被熏黑的现象，发电机、主变压器、厂用高压变压器和励磁变封闭母线外观无异常。励磁变2套T35保护装置有“B相差动保护动作、C相差动保护动作、高压侧过流定时限保护动作、高压侧过流反时限保护动作”信号，2套励磁变保护动作信号一致。

2 保护动作分析

励磁变差动保护为比率差动保护，保护定值为：启动值，0.250 p.u.；斜率1，40%；斜率2，70%；拐点1，1.000 p.u.；拐点2，3.200 p.u.；有2次谐波和5次谐波制动；励磁变高压侧过流定时限定值，1.750 p.u.；励磁变高压侧过流反时限定值，0.550 p.u.。第1套保护装置动作波形如图1所示。

根据保护装置报文，结合动作波形分析如下。

07:47:53.383 224，B相差流Ibd=0.296 p.u.>励磁变启动电流(0.250 p.u.)且位于第1拐点前，满足比率差动保护动作条件；

07:47:53.383 224，C相差流Icd=0.297 p.u.>励磁变启动电流(0.250 p.u.)且位于第1拐点前，满足比率差动保护动作条件；

07:47:53.383 224，A相差流Iad=0 p.u.<励磁变启动电流(0.250 p.u.)，不满足比率差动保护动作条件；

07:47:53.463 498，C相定时限启动，Ic=2 727.1 A=1.820 p.u.>励磁变定时限启动电流(1.750 p.u.)，满足保护动作条件；

07:47:53.744 618，励磁变高压侧过流定时限保护动作,满足定时限保护时间定值(0.3 s)；

07:47:53.443 418，C相反时限启动，Ic=1 678 A=1.120 p.u.>励磁变反时限保护启动电流(0.550 p.u.)，满足保护动作条件；

07:47:54.206 948，励磁变高压侧过流反时限保护动作。

由以上分析可知，第1套保护动作正确。

第2套保护装置动作波形如图2所示。

根据保护装置报文，结合动作波形分析如下。

图1 励磁变第1套保护动作波形(截屏)

图2 励磁变第2套保护动作波形(截屏)

07:47:53.383 228，B相差流Ibd=0.296 p.u.>励磁变启动电流(0.250 p.u.)且位于第1拐点前，满足比率差动保护动作条件；

07:47:53.383 228，C相差流Icd=0.296 p.u.>励磁变启动电流(0.250 p.u.)且位于第1拐点前，满足比率差动保护动作条件；

07:47:53.383 228，A相差流Iad=0 p.u.<励磁变启动电流(0.250 p.u.)，不满足比率差动保护动作条件；

07:47:53.463 539，C相定时限启动，Ic=2 709.5 A=1.806 p.u.>励磁变定时限启动电流(1.750 p.u.)，满足保护动作条件；

07:47:53.754 467，励磁变高压侧过流定时限保护动作，满足定时限保护时间定值(0.3 s)；

07:47:53.443 474，C相反时限启动，Ic=1 654.8 A=1.103 p.u.>励磁变反时限保护启动电流(0.550 p.u.)，满足保护动作条件；

07:47:54.195 785，励磁变高压侧过流反时限保护动作。

由以上分析可知，第2套保护动作正确。

3 故障数据分析

表1为故障时的电压电流数据，分析如下。

(1)高压侧A，B相的相位、幅值相同，C相与A，B相的相位相反，幅值为A，B相的2倍左右，对于高压侧星型接法、低压侧三角型接法的Yd11变压器，说明此时低压侧发生BC相间故障。

(2)低压侧没有测到电流，说明故障发生在变压器内部至低压侧电流互感器之间。

由分析结果可知，此次故障是低压侧C相绕组内部匝间短路(因低压侧为三角型接法，当C相多数绕组或全部绕组匝间短路时，即相当于BC相间短路)。

表1 故障时的电压电流数据

4 解体检查情况

(1)高压线圈A，B，C相外观均未见故障损伤，低压线圈C相上部以及其对应的铁芯部位有严重的烧损现象，如图3所示。

(2)在没有发生故障的A相绕组低压对铁芯的绝缘结构上可见大面积的“起泡”离层现象，绝缘已经失效。

图3 低压侧C相故障处及对应铁芯烧损情况

5 故障原因分析及改进措施

#3励磁变冷却方式为自然冷却，没有设置冷却风机，外罩防护等级IP21，布置在汽机房内，通风稍差，未设置铁芯温度测点。由于汽机房温度较高，绕组运行温度最高可达110 ℃。从绝缘起泡现象推断，#3励磁变散热是不能满足变压器寿命要求的。对故障后的铁芯进行了温升试验，在工频50 Hz条件下最高温度达116 ℃，环境温度为16 ℃，温升为100 ℃，达到了标准的最高限[4]。励磁变在实际运行中不可能只有50 Hz基波成分，不可避免地含有其他谐波成分，励磁变的这种工况要求设计时必须考虑一定的温升冗余，不适宜用到最高极限。

综上所述，#3励磁变故障原因是设计不周导致散热不足，测温装置没有监测到发热严重而散热条件恶劣的最高点，经过近8年的运行，热累积效应使绝缘劣化，导致低压线圈内绝缘及匝间绝缘老化，最终从热损坏发展到电击穿，低压线圈匝间短路，酿成事故。故障后由于电弧影响，造成低压线圈及铁芯烧损。

经过对励磁变故障的分析，对运行变压器做出以下改进，也为今后新购变压器做参考。

(1)在变压器底部设置通风机，顶部设置排风机，并调整外罩的防护等级，加强励磁变的通风散热。

(2)在铁芯T角处设置温度测点，加强铁芯温度的监控。

(3)定期对励磁变进行红外测温。