发电机PT故障停机事故分析及防范措施

摘要：就一起发电机组机端PT（电压互感器）一次熔断器慢熔不能被ABB励磁调节器PT断线判据所检测的事故案例，提供了清晰的故障分析思路和方法。针对电压互感器匝间短路、PT熔断器慢熔、励磁调节器PT断线逻辑等问题，提出了切实有效的防范措施，可用于指导发电企业进行相应设备的预防整改，消除机组安全隐患。

关键词：电压互感器;熔断器慢熔;匝间短路;过励磁;防范措施

1    事故概述

某发电企业7号机组投产于2005年，发电机机端三组TV柜配置PT（电压互感器）均为沈阳电压互感器厂生产，型号为JDZX4-20。TV1送至发变组保护A、B柜，TV2送至发变组保护A、B柜、自动励磁调节器、故障录波器，TV3送至自动励磁调节器、DCS。发电机为三机无刷励磁模型，励磁调节器采用上海发电设备成套设计研究院组装的ABB Unitrol-F系列自动励磁柜。2017年某日7号机发变组过励磁报警，检查发变组系统画面上7号发电机定子电压快速上升至22 kV，对7号机励磁系统进行检查，检查7号机励磁电流、电压均增加，随后机组跳闸报警发电机解列。检查CRT报警画面上发变组A、B保护柜动作，发电机过励磁保护动作。

2    事故调查及原因分析

2.1    情况调查

检查故障录波器录波波形，发电机出口A、B、C三相相电压（取自TV2）均升高，有效值A相电压63.63 V，B相电压63.61 V，C相电压63.86 V。三相电压平衡无明显差异（工况运行时三相电压均为57.74 V）。

励磁调节器检查情况：并未发现明显异常，励磁调节器无报警发生，调取励磁数据发现励磁调节器没有发生通道切换记录。所运行通道1发电机采样电压取自TV3。

发变组保护柜检查情况：发变组保护A柜、B柜均发“反时限过励磁”保护动作报文。

DCS画面检查：故障发生时发电机机端电压UAB、UBC均下降，UAC电压升高，无功功率、主变高压侧电压上升。从发生故障起到机组跳闸经历时间较长，约为30 s，DCS所取发电机机端电压来自TV3。

对现场发电机机端TV3柜进行检查，发现TV3柜的B相PT一次熔断器熔断，其余各相熔断器正常。对TV3三相PT进行试验发现所有PT绝缘均合格，B相PT一次绕组直阻纵向、横向对比历次数据有明显下降，如表1所示。

2.2    原因分析

2.2.1    PT故障分析

由于DCS画面与励磁调节器运行通道所取发电机机端电压均来自于TV3柜，即DCS画面中电压曲线即可反映励磁调节器中采样电压变化。又故障发生时无功增加，此时机端电压应上升，但是画面中AC相间电压上升，同时AB、BC相间电压下降，而取自TV2的故障录波器三相电压均平衡上升，B相PT一次熔断器熔断，可以判断问题出在TV3的B相PT。

由TV3柜B相PT对比试验数据，可以判断出TV3柜B相PT出现匝间短路。在后期电压互感器的解体中验证了此判断。

2.2.2    PT熔断器慢熔

由于故障发生到机组跳闸经历时间较长，超过30 s，因此可以分析PT熔断器不是立即熔断而是发生缓慢熔断。由于TV3柜B相PT出现匝间短路使得一次回路阻抗下降，一次回路中电流增大。由于PT一次阻抗下降阻值并不是很大，导致了PT不是直接熔断而是由于电流增大而发热出现了慢熔情况。PT慢熔使得PT的二次电压缓慢下降，励磁调节器采样电压降低。调节器误认为发电机出口电压降低，因此在不断增磁，励磁电流不断增大。发变组机端一次电压一直升高直至触发发变组“反时限过励磁”保护动作。

2.2.3    励磁PT断线逻辑

自动励磁调节器在PT断线时会切换至备用通道运行，但是此次事故中励磁调节器并未切换值得注意。查阅ABB Unitrol-F自动励磁调节器PT断线逻辑为只要满足红框内>

5.0 p.u./s的判据（三机无刷励磁系统），励磁系统报“Machine PT FAIL”，自动切换至备用通道运行。发电机PT一次熔断器发生慢熔时，发电机电压跌落速率达不到>5.0 p.u./s，因此也不會报出PT断线。发电机PT一次熔断器慢熔时，ABB Unitrol-F励磁调节器不会报出PT断线故障，从而无法进行通道切换（V/f限制器因频率不变、所采电压下降，故限制器不会动作）。

3    防范措施

3.1    电压互感器缺陷防范措施

国内发电机PT受绝缘水平、制造工艺及运行年限等影响，加上预防性试验方法不对或接线错误易引起互感器损坏。近几年已有多起因电压互感器缺陷导致机组相关保护动作从而造成停机的事故发生，因此提出如下防范措施：

（1）加强电压互感器的定期检查与试验工作，严格按照规程进行预防性试验，防止因试验方法不当对互感器造成损害。

（2）当测试数据与历史数据有明显差别时，应认真分析原因并及时处理，建议将同一批次PT全部更换。

（3）定期对运行年限超过5年的发电机PT开展局部放电和感应耐压等诊断性试验，以便更好地发现质量缺陷，及时更换。

3.2    PT熔断器慢熔防范措施

鉴于电力系统发生过多起PT一次熔断器慢熔导致机组停机事故，因此我们应更加注意和防范。梳理近期发生的一些PT慢熔案例可以发现，其原因有电压互感器故障，也有一次熔断器本身制造工艺问题，因此提出以下防范措施：

（1）定期对发电机出口PT一次熔断器进行更换，建议以一个小修周期为更换周期，防止因为长期运行中发热累积、PT励磁电流突增等情况对熔断器造成累积损伤。

（2）选取质量好、制造工艺优良的产品，防止因为熔断器本身问题造成慢熔。已有多家科研院研究表明，进口PT熔断器阻值、导电率、限流特性等参数明显优于国内熔断器产品。

3.3    励磁系统升级改造

励磁系统PT断线逻辑无法识别PT熔断器慢熔情况，在自动模式下将不断增磁，从而导致过励磁跳机，是本次事故停机的主要原因。如果励磁系统成功判别PT断线，从而切换通道运行就完全可以避免事故发生。国内励磁调节器如RCS9400系列PT断线逻辑可以识别PT保险慢熔情况，而ABB励磁调节器逻辑上却普遍无法识别。针对不具备PT慢熔逻辑判断的励磁调节器提出以下升级改造措施：

（1）对可以内部升级程序的励磁调节器，建议修改PT断线逻辑程序。参考逻辑如：PT1的三个相间电压与第二组PT2的进行比较，此时PT2的电压是正常的，即PT2三个线电压均大于有压判别门槛Uzd2，判断任一个差值是否超过相间电压差定值（可整定），并且同时判断PT1开口三角电压是否超过中性点零序电压差定值（可整定），增加机端电流突变量达到阈值时闭锁PT断线。PT1电压正常、PT2慢熔的情况同理。

（2）一些励磁调节器无法对内部逻辑进行修改，则建议用外加装置的方式进行PT断线判别。具体逻辑判断如上所述，当外接装置判断PT断线后输出一组常开接点闭合，通过励磁调节器外部切换通道方式进行切换，同时可对DCS画面发信。

4    结语

针对一起停机事故中发电机PT匝间短路故障而导致的PT熔断器慢熔、励磁调节器PT断线逻辑问题进行了梳理，详解了对此类故障的分析方法和系统性的防范措施。笔者认为，应该重视机组相关设备中存在的此类问题，尽早采取相应措施，以有效避免事故发生。

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[2] 郭志斌.一起发电机出口PT高压保险慢熔事故分析及防范措施[C]//2018年江西省电机工程学会年会论文集，2019：53-55.

[3] 曹沂，刘雁宾，刘爱军.电压互感器故障引起发电机跳闸原因分析及防范措施[J].自动化应用，2018（12）：127-128.

收稿日期：2020-03-16

作者简介：丁萌（1988—），男，江苏徐州人，工程师，研究方向：电力系统及其自动化。