发电机出口PT 匝间短路故障分析

刘惠娟，王颖明，苏力

（华电电力科学研究院中南区域中心，湖北省 武汉市 430000）

0 引言

根据火电厂的生产数据统计，目前发电机运行过程中因发电机出口电压互感器(potential transformer，PT)故障引发多起非计划停机，已严重影响机组安全稳定运行。发电机出口PT分为全绝缘和半绝缘 2种，多为浇注式绝缘电磁式电压互感器，随着运行年限增长绝缘逐渐老化，易出现匝间绝缘短路故障[1-5]。本文对某电厂发电机出口PT进行了故障原因诊断，针对如何提前发现发电机出口PT绝缘裂化故障，避免该类故障重复出现提出了相应的防范措施。

1 发电机出口PT故障诊断

1.1 发变组保护检查情况

查阅发变组保护装置技术说明书、定值单及接线图纸。基波零序电压保护设2段定值，一段为灵敏段，另一段为高定值段。灵敏段基波零序电压保护，仅取中性点零序电压，动作于信号，定值为10 V，1 s；高定值段基波零序电压保护，仅取中性点零序电压为动作量，动作于跳闸，定值为15 V，1 s。

发变组保护A、B柜中性点零序电压均取自发电机中性点接地变压器二次侧绕组中间抽头。发电机机端 PT变比为/(0.1/)/(0.1/3)，发电机中性点零序电压 PT变比为20 /0.23 (中性点经单相变压器接地)。因发电机中性点采用经二次侧接电阻(带中间抽头，二次电阻R=0.51 Ω，二次抽头R=0.384 Ω)的单相变压器接地，所以接入保护装置的实际二次电压为173 V。中性点零序电压PT实际变比为20 /0.173。当发电机单相接地时，机端零序电压US=100 V，中性点零序电压 UL=(20/1.732)/(20/0.173)kV=100 V，二者一致，定子接地保护二次回路接线正确。

发变组保护A、B柜保护动作正常，动作过程如表 1所示。动作时刻，发电机中性点 3U0达到16 V，超过定值15 V，保护动作正确[6]。

表1 发变组保护A/B柜保护动作过程Tab. 1 Protection action process of generator and transformer group protection A/B cabinet

检查发变组保护装置机端三相电压、机端开口三角零序电压和中性点零序电压，采样无异常；对发电机定子接地保护定值进行复校，保护装置无异常；对定子接地保护相关二次回路进行绝缘检查，绝缘良好。

1.2 故障录波器检查情况

查阅故障录波器录波文件，如图1所示。保护动作首发为：“B柜发电机定子接地跳闸”。查阅故障录波器屏接线图纸，故障录波器发电机中性点零序电压与发变组保护A、B柜发电机中性点零序电压均取自发电机中性点接地变压器二次侧绕组中间抽头[7]。

1.3 现场检查情况

经检查发现，发电机出口B相5042PT有焦臭味、测温检查该相PT本体温度达到35 ℃，其他相PT为23 ℃，本体明显过热。对发电机本体、故障PT、中性点PT以及机端其他PT相应开展了绝缘、直阻、变比以及特性试验，并对发变组保护A、B柜定子接地保护进行了检验。

1.4 发电机出口PT绝缘试验检查情况

对发电机定子绝缘进行测量，绝缘电阻为R15S=370 MΩ，R60S=1010 MΩ，吸收比为2.73，结果符合《电力设备预防性试验规程》(DL/T 596—1996)要求。

图1 故障录波器录波文件Fig. 1 Recording file of fault recorder

对发电机中心点柜内变压器、电流互感器、电阻箱检查，绝缘均合格。对中心点联络电缆测试，绝缘及交流耐压试验合格。

发电机出口B相5042PT各项检查试验结果如表2所示，励磁特性测试取整数据如表3，励磁曲线如图2所示。

对4号发电机出口B相5042PT更换并驶进行相关试验后，2018年5月1日进行发电机空载试验，检测发电机出口各电压变比、相序、相别、相角准确，测量二次电压值正常，机端和中性点零序电压小于1V，发变组保护A、B柜无异常。

表2 发电机出口B相5042PT试验项目及数据Tab. 2 Test item and data of export phase B 5042PT

表3 出口B相5042PT励磁取整数据Tab. 3 Excitation rounding data of export phase B 5042PT

图2 出口B相5042PT励磁曲线Fig. 2 Excitation curve of export phase B 5042PT

2 发电机出口PT故障原因分析

1）发电机跳闸的直接原因系发变组保护A、B柜“定子零序电压高段保护”动作。

2）发变组保护A、B柜“定子零序电压高段保护”动作原因：由于发电机出口 B相5042PT内部匝间短路故障，引起发电机定子电压三相不平衡，中性点产生零序电压达到保护动作值，发变组保护A、B柜出口跳闸。

3）发电机出口B相5042PT故障前于2017年开展了直阻、绝缘、励磁特性等试验，数据均合格，但和 2015年大修期间数据对比有裂化趋势，未采取相应处理措施。

4）通过励磁特性试验，无拐点电压、空载电流试验数据严重超标，通过直阻不平衡等试验数据分析，发电机出口B相5042PT产生内部匝间短路故障的直接原因为电压互感器绝缘劣化引起匝间短路[8-10]。

3 发电机出口PT故障处理及防范措施

发电机出口B相5042PT故障前预试项 目未严格按照预试规程要求执行，未开展局放及 3倍频耐压试验。应严格按DLT 596—1996《电力设备预防性试验规程》要求对发电机所有出口PT开展 3倍频感应耐压和局部发电测量等预防性试验，对存在故障的 PT进行排查，并及时更换。

重视设备的全寿命周期管理，对历次试验数据进行纵比和横比的趋势分析，以及时发现设备存在的隐患。

4 结语

严格按标准规范的周期、项目开展发电机出口 PT试验能及时有效发现设备可能存在的内部绝缘劣化故障。在不具备试验条件的情况下，应充分利用现有设备开展绝缘、直阻、变比、伏安特性、空载电流等测试，并注意试验数据纵比和横比的趋势分析。目前，该发电机更换故障 PT后机组安全可靠运行。

该发电机出口电压互感器故障相从 2009年使用至今已有9年，故障前运行正常，未发生过电压等故障，长期运行绝缘逐步劣化产生匝间短路。后续应重视设备的全寿命周期管理，提前制定设备的检修预试管理计划及措施，严格按预试规程要求完善相应试验项目，提前发现绝缘裂化故障。

致 谢

本文中发电机出口 PT的试验工作是在广东分公司王颖明等工作人员的大力支持下完成的，在此向他们表示衷心的感谢。