发电机出口20kV电压互感器烧损导致机组跳闸的分析和处理

黄文彪

（中国华电集团贵港发电有限公司 广西贵港市 537100）

发电机出口20kV电压互感器烧损导致机组跳闸的分析和处理

黄文彪

（中国华电集团贵港发电有限公司 广西贵港市 537100）

对某火力发电厂电压互感器烧损导致机组跳闸事件进行分析，通过对现场一次设备和二次回路检查、调取保护装置动作信息、电压互感器预防性试验等，对可能引起电压互感器烧损的因素逐一排除，找到了电压互感器损坏的直接原因，并提出了相应的解决措施，为预防和处理电磁式电压互感器绝缘故障提供经验。

电压互感器；匝间短路；气泡；局部放电

1 前言

近年来，国内电磁式电压互感器烧损事件时有发生，有的轻微击穿、有的发生爆炸，主要原因有铁磁谐振过电压或过电流、PT二次回路过负荷或短路、PT制作工艺差等，本文对一起火力发电机组跳闸事故进行分析，通过现场检查和对故障数据分析，查明电压互感器绝缘击穿是导致机组跳闸的直接原因，再通过试验验证，得出电压互感器制作时内部存在气泡、长期局部放电导致匝间短路是事故的根本原因，并提出了相应的防范措施。

2 故障情况和初步排查情况

2.1 故障情况

2015年8月13日16：54，某火力发电厂#2机组负荷365MW，机组AGC运行方式。16：54：45，#2发电机变压器组主一、主二保护发电机G60保护装置“95%定子接地”、“TRIP”、“VOLTAGE”、“NEUTRAL/ GROUND”灯亮，95%定子接地保护动作，装置全停出口跳#2主变高压侧5002开关，#2发电机跳闸，汽轮机、锅炉联跳，厂用电自动切换正常。

2.2 电气一次设备排查情况

对#2主变、高厂变、发电机、励磁变本体及封闭母线等一次设备的外观、温度监视、在线监测等进行全面检查，发现#2发电机出口电压互感器3PTA相有轻微异常：外表有一条1cm左右的裂纹、有异味、互感器本体发热，其余一次设备检查未发现异常。

对发电机出口电压互感器、避雷器、发电机、主变低压侧、高厂变高压侧、励磁变高压侧、发电机封闭母线进行预防性试验，除发电机出口电压互感器3PTA相外，其余设备预防性试验全部符合要求。

2.3 电气二次系统排查情况

查看发变组保护装置，#2发变组主一、主二保护发电机G60保护装置95%定子接地保护动作，其余保护装置均无异常启动记录。

查看发变组故障录波装置波形记录，故障时刻95%定子接地保护动作启动录波，各模拟量与发变组保护装置特征一致。查看历史录波信息，故障发生前两分钟，即16：52时刻的录波信息发现机端A相电压下降，而之前机端电压均正常。

对#2发变组保护所涉及的PT二次回路进行了绝缘及接线检查，绝缘电阻均大于1MΩ，二次回路接线正确，接线端子牢固，未发现接线错误或短路现象，PT二次回路直阻测试三相平衡且无异常。保护回路各继电器外观检查未发现异常，屏柜干燥无潮湿现象，无小动物误碰痕迹。

综合排查情况，初步判断为发电机出口电压互感器3PTA相运行中发生绝缘故障，造成发电机定子接地保护动作。

3 机组跳闸原因分析

3.1 发变组保护装置事件记录

16：54：44.01，95%定子接地电压元件启动；

16：54：45.51，95%定子接地电压元件动作，保护出口，发变组全停动作；

16：54：45.56，5002断路器跳闸；

16：54：45.64，灭磁开关分闸。

图1 #2发变组95%定子接地保护动作录波图

图2 #2发变组95%定子接地保护动作向量图（二次值）

3.2 定子接地保护动作分析

上图部分文字释义：F1、F2、F3、F4——发电机机端电流，F5、F6、F7、F8——发电机机端专用PT电压，M1、M2、M3、M4——发电机中性点侧电流，M5、M6、M7——发电机机端普通PT电压，M8——发电机中性点接地变压器零序电压。Osc Trigger On——触发录波，AUX OV2 ON——95%定子接地保护动作，500kV 1DL常开Off——5001断路器分闸，灭磁开关常闭Off——灭磁开关分闸。

发电机95%定子接地保护定值为8V，延时1.5s出口。根据保护装置信息记录，机端三相电流对称，中性点电流为0；机端专用PT三相电压幅值相等且对称，可以排除发电机发生匝间故障；机端普通PT三相电压为UA=49.64V∠-353.9，UB=57.03V∠-129.25，UC=65.56V∠-236.42，发电机中性点电压UN=8.69V∠-42.26，则有|UA+UB+UC|=27.8≈3UN。发电机中性点电压幅值为8.69V，达到定子接地保护动作值，1.5s后保护出口，因此，本次保护动作属正确动作行为。根据机端电压向量分析，本次发电机机端PTA相接地属于非金属性接地，A相电压下降，C相电压升高，B相电压幅值介于两者之间，符合经过渡性电阻接地的特征。

经过对发电机出口电压互感器3PT A相进行预防性试验，并进行解体检查，发现PT二次绕组并未损坏，接地故障是由机端A相PT一次绕组匝间短路造成的。由于A相PT绕组击穿，运行中电压下降，造成发电机出口A相PT电压降低，开口三角电压增大，达到定子接地保护动作定值时保护动作，发电机跳闸。

因此#2发电机出口电压互感器3PTA相运行中发生故障，造成绕组击穿，引起定子接地保护动作是造成本次#2机组跳闸的直接原因。

4 电压互感器绝缘故障原因分析

4.1 从理论上分析

从理论上分析，电压互感器绝缘故障的原因分为三类：PT二次回路过负荷或短路、铁磁谐振过电压或过电流、PT制作工艺差等，通过再次排查确认，得出结果如下：

（1）PT二次回路异常排查：自机组启动后，发电机出口PT二次回路负载未发生过变化。根据检查试验，PT二次绕组完好，二次回路检查无异常，可以排除二次绕组及回路有短路、过负荷或是误接线现象。

（2）系统发生铁磁谐振排查：根据保护及录波记录，发电机机端电流无异常变化，三相电压未发生明显升高，可以排除发生铁磁谐振情况。

（3）PT的制造工艺排查：发电机出口PT为环氧树脂浇注，而浇注的关键是使树脂充满到一次绕组层间，尽量消除气泡，以避免运行中发生局部放电。由于工艺控制和产品单体差异，会有部分PT在浇注中产生气泡，在运行中发生放电现象，时间长了导致绝缘老化。由于PT内部含有气泡的数量及大小具有分散性和不确定性，因此各PT发生故障的时间也就各不相同，气泡的数量和体积较小，发生内部局部放电对绕组匝间绝缘的影响也较小，PT的运行时间可能就会较长。

4.2 试验诊断

为了论证电压互感器匝间短路是3PT A相绝缘故障的直接原因，对电压互感器进行了多项预防性试验，并对3PT A、B、C三相的试验数据进行横向对比，试验数据和分析结果如下；

（1）#2发电机出口电压互感器3PT铭牌参数如下：

表1

（2）对#2发电机出口3PT绕组绝缘电阻进行测量，试验结果如下：用2500V兆欧表分别测量3PT A、B、C三相一次绕组对二次绕组及外壳、各二次绕组间及其对外壳的绝缘电阻，绝缘电阻值均大于1000MΩ，符合规程要求，排除了绕组直接接地可能性。

（3）对#2发电机出口3PT绕组直流电阻进行测量，试验结果如下：

3PT A相各绕组直流电阻为：AN（1409.1Ω），1a1n（55.90mΩ），2a2n（57.57mΩ），dadn（61.50mΩ）；

3PT B相各绕组直流电阻为：AN（1818.6Ω），1a1n（56.04mΩ），2a2n（49.85mΩ），dadn（57.02mΩ）；

3PT C相各绕组直流电阻为：AN（1837.6Ω），1a1n（55.31mΩ），2a2n（48.27mΩ），dadn（58.11mΩ）。

从以上数据可以看出3PT A相一次侧AN的直流电阻明显比B、C两相低400多Ω，初步怀疑是匝间短路引起。

（4）对#2发电机出口3PT极性与变比进行测量，试验结果如下：

3PT A、B、C三相极性均与铭牌相符，变比误差也与铭牌也相符，因此极性与变比测量未见异常。

（5）对#2发电机出口3PT空载电流进行测量，试验结果如下：

3PT B、C两相在额定电压下一次空载电流分别为0.36mA、0.28mA，

（6）对#2发电机出口3PT局部放电进行测量，试验结果如下：

试验诊断结果：3PT B、C两项未发现异常，而3PT A相一次直阻明显变小，空载电流试验从二次加压发现电压上不去，电流迅速增大，无法正常加压试验，这两项试验结果都与绕组匝间短路的特征相符合。

4.3 解体验证

事后对该电压互感器进行了解剖，发现一次绕组中间若干匝已经烧黑，证实了是匝间短路引起的故障，见图3。

图3

5 结束语

电磁式电压互感器因其结构简单、价格合理而广泛应用于35kV及以下电压等级系统中，但其制作过程中采用的漆包线的质量、环氧树脂浇注工艺控制都直接影响电压互感器的寿命，厂家都承诺其使用寿命20年，但往往很多只有10年左右，有的电压互感器出厂时居然没有局部放电试验这一关键项目，所以要选用资质优良、有良好运行数据支撑的厂家生产的产品，并根据实际运行情况和预防性试验数据，对其进行寿命评估，对接近实际使用年限的进行更换，避免因小失大。

[1]陈化钢，著.电力设备预防性试验方法及诊断技术.

[2]《电压互感器》（GB.1209～1997）.

[3]《电力设备预防性试验规程》（DL_T_596～1996）.

[4]王泱，古海滨.电磁式电压互感器引发的铁磁谐振的研究[J].华北电力大学学报，2006，33（6）：43～46.

TV734.2

A

1004-7344（2016）20-0074-02

2016-7-1

黄文彪（1982-），男，贵港发电有限公司设备维护部电气一次专业工程师，本科，负责公司电气一次设备维护、检修和管理工作。