发电机机端TV一次熔断器渐熔分析及不停机处理

胡文波， 李　博， 孟庆党， 王　昱

(华能巢湖发电有限责任公司， 安徽　巢湖　238015)

1　设备概况

图1　电气主接线图

某电厂2号机组额定容量600MW，采用发-变组单元接线，发电机出口电压20kV，中性点采用经单相变压器高阻接地方式，电气主接线如图1所示。发电机机端装设三组TV，分别为TV1、TV2、TV3，其中TV1为匝间保护专用TV。三组TV均为沈阳索普互感器有限责任公司生产的JDZX4-20，额定变比为(20/)/(0.1/)/(0.1/)/(0.1/3)kV，TV的一次熔断器额定直流电阻为120Ω，额定电流为0.5A，最小熔化电流为0.625A。励磁调节器为南京南瑞电控有限公司生产的SAVR2000微机型调节器。发变组保护为南京南瑞继保电气有限公司生产的RCS-985A型微机保护，采用双重化配置。

2　事情经过

2014年11月5日，DCS画面报“#2发变组保护TV断线”、“励磁调节器B套故障”、“#2机组故障录波器录波启动”，发电机机端电压从20.299kV降至18.994kV、发电机机端零序电压从0.221kV升至1.924kV。

检修人员就地检查发现发变组保护A柜报“TV断线”，发变组保护B柜无报警，机组故障录波器因“机端零序电压越限”启动，励磁调节器A套无报警，励磁调节器B套报“调节器告警”、“TV断线”。

进一步检查：测量各柜电压值，发变组保护A柜机端电压分别是为58.72V、50.22V、58.68V，自产零序电压为9.62V，机端零序电压为5.56V，发电机中性点零序电压为0.02V，其中自产零序电压是机端三相电压矢量合成计算得到，机端零序电压取自机端TV开口三角零序电压，中性点零序电压是发电机中性点配电变压器二次侧抽头电压。发变组保护B柜发电机各项电压参数显示正常，可以排除发电机定子绕组存在接地故障的可能。励磁调节器A套电压显示正常，励磁调节器B套发电机三相电压分别是为58.67V、50.21V、58.72V。查看相关图纸，发电机机端TV二次侧负荷如表1所示。

表1　发电机机端TV二次侧负荷

发变组保护A柜的发电机保护电压取至TV3二次侧空开QF31，机端零序电压取自TV3的开口三角，励磁调节器B套发电机电压取自TV3二次侧空开QF32，而出现异常的发电机电压均取至TV3，故判断故障点在TV3上。检查TV端子箱二次接线、空开均无异常。测量TV端子箱中TV3电压值如表2所示，由测量值可见，TV3 B相电压值都偏低，并且大致相等，判断故障点在TV3的一次回路，可能是TV3的本体或一次熔断器出现故障。用红外成像仪测量TV3 B相一次熔断器局部温度为43.6℃，TV1、TV2、TV3的其他相一次熔断器局部温度为35℃左右，判断为TV3 的B相一次熔断器故障。

表2　TV端子箱测量TV3电压值

3　分析及处理

(1)TV是一个内阻极小的电压源，正常运行时，负载阻抗很大，相当于开路状态，二次侧仅有很小的负载电流[1]，一次侧电流也很小，故带电拉开TV小车产生的电弧较小，可以自然熄灭。因此，带电拉出TV小车，理论上可行。

(2)发电机机端TV3所接负荷众多，且多为保护、励磁等重要回路，制定合理的继热措施将是不停机更换TV一次熔断器的关键，具体措施如下：

1)退出发变组保护A柜与TV3电压有关保护的硬压板，包括发电机定子接地零序电压保护、定子接地三次谐波电压、发电机相间后备保护、发电机失磁保护、发电机失步保护、发电机过电压保护、过励磁保护、发电机逆功率保护、发电机频率保护。

2)对励磁调节器柜不需要采取任何措施。励磁调节器柜配置两套完全独立励磁调节器装置，分别为调节器A、调节器B。调节器B套TV断线时，B套由电压闭环切为电流闭环运行，不再以发电机机端电压为参考。现在调节器A套为工作通道，电压闭环方式运行。调节器B套为备用通道，电流闭环方式运行。对励磁调节器B套进行操作不影响励磁调节器A套正常运行，故不需采取措施。

3)解除机组协调控制，发电机有三个有功变送器分别至DEH、MCS系统，三个有功变送器的电压分别取自发电机机端的三个TV。DEH、MCS有功采用三取中逻辑，TV3电压出现异常，相应变送器传送的有功也会出现异常，但并不影响DEH、MCS系统功率采样，如再次出现一个功率测点异常时，DEH、MCS系统获得的有功信号将会不准确，保险起见，将异常功率测点强制为发电机实际功率。汇报调度允许后解除机组协调控制，即将DEH控制方式切手动。

4)汇报调度，暂时将有功功率、无功功率冻结，以免对电网造成不良影响。机组测控装置采集发电机的电压、电流，计算出发电机的有功功率、无功功率，通过通讯传至调度，供调度监视及潮流计算用。如发电机电压采样出现异常，传送给调度的发电机有功功率、无功功率也将出现异常。

5)发电机电度表、高厂变电度表采集到的电量仅作为厂内经济指标分析用，且可以通过其他途径追回，故无需采取措施。

(3)检查并断开TV3二次侧五组空开QF31至QF35，防止TV3二次回路向一次侧倒送电。在操作区域铺设绝缘垫，戴上防护面罩、戴上绝缘手套、穿绝缘靴将TV3小车拉出，保证足够的安全距离，将熔断器取下，测量熔断器直阻约为127kΩ，证实是一次熔断器故障，更换合格熔断器，将TV3小车送至工作位。

(4)合上TV3二次侧空开，检查发变组保护A柜电压恢复正常，“TV断线”报警消失；检查励磁调节器B套“调节器告警”、“TV断线”报警消失；DEH、MCS各发电机功率测点显示正确；机组故障录波器采样也恢复正常。

4　TV一次熔断器发生故障原因分析

TV一次熔断器的作用是当电压互感器回路出现过电流或短路时，熔件熔断后自动切断电路，从而保护电压互感器不受损坏。TV一次熔断器发生的故障实质为熔断器内熔件熔断。熔断器的熔断特性通常用熔丝安秒特性来表示，其安秒特性为t=f(I)，曲线如图2所示。当流过熔断器的电流小于额定电流时，熔断器永远不会熔断。当流过熔断器的电流超过其额定电流时，流过的电流越大，熔断器熔断所需时间越短。

图2　熔断器的安秒特性曲线

由熔断器的保护特性可知，造成TV熔断的直接条件有：TV回路发生短路；TV回路长时间有过电流流过，TV回路瞬时流过很大的冲击电流[2]。由TV熔断的直接条件分析，造成TV一次熔断器熔断的原因有以下几种可能：

(1)熔断器质量差，实际额定电流低于熔断器的铭牌上的额定电流，TV回路的熔断器长时间处在过流的状态下，长时间积累，造成一次侧熔断器熔断。

(2)谐振过电压引起TV一次熔断器熔断。正常运行时，由于三相对称，TV的励磁绕组的阻抗很大，大于系统对地电容，即XL>XC。当系统出现断路器的突然合闸、发生故障和故障切除等扰动时，会引起发电机机端某一相或多相电压升高，使TV励磁绕组的工作点达到饱和区域，等值电感L随之减小，满足串联谐振的条件ωL=1/ωC，出现串联谐振现象，使TV一次绕组上产生较大的涌流，造成TV一次熔断器熔断。

(3)电气操作、外部故障等引起的非周期分量造成熔断器熔断。外部短路时，在短路初期，短路电流含有大量的非周期分量，如施加在熔断器非周期分量电压为4kV，TV的直阻为2kΩ，熔断器额直阻为0.12kΩ，流过熔断器的电流约为1.89A，远高于熔断器的最小熔断电流0.625A，熔断器熔化热能值为I2×t，虽非周期分量存在时间短，但多次积累将会造成熔断器熔断。

5　结语

(1)本文根据发电机机端电压出现异常，找出故障TV，再结合故障TV的熔断器温升确定故障点，通过采取合理的继热措施，解决如发电机TV一次熔断器不停机更换一类问题，使机组安全稳定运行，提高了经济效益。

(2)现在市场上生产熔断器的厂家较多，有劣质产品存在，选用正规厂家生产的熔断器。另外，按GB/T 15166.2-2008要求选择TV一次侧熔断器。利用机组检修的机会，对熔断器进行直阻测量及外观检查，及时更换直阻不合格的熔断器。

参考文献：

[1] 国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答(第二版)[M].北京:中国电力出版社，2000.

[2] 豆占良，邹晖,于蒙.发电厂电压互感器高压熔断器熔断原因分析[J].华电技术，2012，34(9):23-26.