基于I 0和3U 0突变量启动的发变组离相封闭母线绝缘缺陷分析

文聆安,林永源

(1.广东粤电大亚湾综合能源有限公司,广东 惠州 516000；2.广东惠州平海发电厂有限公司,广东 惠州 516000)

1 设备概述

某电厂装机容量2×1 000 MW超超临界燃煤发电机组,1、2号机组分别于2010年、2011年投产发电。2台机组均以发电机－变压器单元接线接入500 k V配电装置,发电机与主变压器、高压厂变之间采用离相封闭母线连接,封闭母线制造厂家为镇江华东电力设备厂,封母采用微正压干燥装置保持内部干燥。发电机装设出口断路器,每台机组设两台分裂高压厂变压器,电源从主变压器低压侧与发电机之间引接。

发电机中性点采用经配电变压器二次侧电阻接地的接地方式,接地变压器容量为50 k VA,二次侧电阻为0.13Ω,一次侧电压为27 k V,二次侧电压为240 V,带有100 V抽头。主变压器500 k V侧中性点直接接地,高压厂变压器6 k V侧中性点经电阻接地,接地电阻为23Ω。

发变组保护装置采用双重化配置,每套保护包含完整的主保护和后备保护,发电机两套保护分别布置在发变组保护A、B屏。其中,100%发电机定子接地保护由两部分组成:

a.第一部分是零序电压保护,取自中性点接地变侧基波零序电压UN0[1],整定值为13.86 V,延时0.5 s,动作于发电机全停II,且当故障点越接近发电机出线端时保护的灵敏度越高[12]。

b.第二部分为利用3次谐波电压比值构成定子绕组接地保护,3次谐波电压取自中线点接地变3次谐波VN3与机端电压互感器3次谐波VS3,且当故障点越靠近中性点时保护的灵敏度越高[1-2]。

发变组接入故障录波装置录和发变组保护A、B屏的电气量,如图1所示。

图1 发变组保护配置

发变组故障录波装置中设定发电机机端零序电压3U0(取自图1中2YH)上限报警值5 V,突变量启动值5 V；设定发电机定子零序电流I0(取自图1中11LLH)上限报警值1.1 A,突变量报警值0.1 A。

2 I 0、3U 0突变量启动

某年4月14日10时16分43秒993毫秒,2号发电机定子零序电流I0第一次报突变量启动,持续时间约650 ms,录波数据如图2所示。因电压量未达发电机定子接地保护动作定值,定子接地保护未动作。

图2 I 0突变量启动录波

从图2可以看出:机端零序电压3U0的波形突变和2号发电机定子零序电流I0的波形突变完全同步；发电机、主变压器、高压厂变压器三相电压、三相电流处于平衡状态,未发生波形突变；主变压器高压侧中性点零序电流未发生突变。

4月14日为雨天,空气湿度大。根据故障录波记录,2号发电机定子零序电流I0第一次突变量启动后,于4月14日,即出现超过5次I0的突变量启动。此后一段时间,电厂区天气晴朗、空气干燥,未发生I0突变量的启动。直至5月3日,再次下雨,I0又发生多次突变量启动。

通过数据分析,发现各次I0突变量数值一直在稳定在0.253 A以内,且每次启动都伴随3U0波形的同步突变,与此同时,发变组系统三相电气量全部处于对称、正常状态。故障录波装置中3U0未生成报文的原因是突变量启动(5 V)及上限报警设定数值(5 V)偏大,灵敏度不够。发电机定子零序电流I0突变量启动时,机端3U0同步突变的典型数据如表1所示。

I0和3U0的多次突变量启动,以及启动后有效值是正常运行数值的2～3倍,说明发变组系统存在绝缘薄弱点；同时,因为突变量启动发生在雨天,所以重点怀疑绝缘缺陷存在于主厂房外露天布置的主变低压侧封闭母线上。电厂方计划向调度申报停机检修,对绝缘缺陷进行处理。

2 缺陷查找与处理

5月4日,突遇2号机锅炉内部发生爆管,电厂方向调度申请停机检修,发电机解列、出口断路器断开,主变压器、高压厂变压器继续挂网运行,锅炉与发变组同步开展检修工作。

当发电机停运后,故障录波装置中实现发变组系统绝缘监视的电气量I0与3U0退出运行,发变组系统失去绝缘监视。为了进一步判断是否为主变侧封母的绝缘缺陷,电气专业组将主变接地保护开口电压(图1中4YH)3U0接入故障录波。根据发电机机端3U0的突变量经验,将主变压器3U0突变量设定为0.8 V、上限设定为2 V。5月5日7时57分28秒156毫秒,主变压器低压侧3U0报突变量启动、上限启动,相关数据记录如表2所示。

表2 主变压器低压侧3U 0数据 V

表2显示主变压器低压侧封母存在绝缘薄弱点。表1与表2中3U0的数据差异是因为发电机GCB断开后,发变组系统对地分布电容发生了改变。

因故障现象依然存在,电厂方向调度申请停运主变,进行发变组间封闭母线及其他电气连接元件的全面检查。

该电厂发电组离相封闭母线载流导体采用3个呈120°对称排列的支持绝缘子固定安装在封母外壳上,每间隔一段距离,设置一组不饱和聚酯玻璃纤维材质的支持绝缘子,支持绝缘子结构如图3所示。

图3 支持绝缘子(单位:mm)

拆下支持绝缘子,发现主变压器侧封母绝缘子表面脏污严重,如图4所示。采用2 500 V兆欧表测量绝缘,测得大量绝缘子绝缘值较低,部分绝缘子绝缘值甚至接近于0。发电机侧主封母绝缘子未发现绝缘不合格的情况,这也与发电机侧封母处于室内良好的运行环境直接相关。

图4 支持绝缘子清洁前后对比

对每一套绝缘子进行清洁处理、更换密封垫,并在试验合格后,完成复装工作；全面检查除封闭母线外的其他电气连接件,未发现缺陷。检修结束,主变压器送电,故障录波中,主变压器低压侧3U0没有再次发生上限及突变量的启动；发电机并网运行至今,未发生发电机I0、3U0及主变压器侧3U0突变量及上限启动的现象。

3 原因分析

经过缺陷分析及停机检修,确定I0和3U0突变量启动的原因是主变侧封母存在绝缘缺陷,其中的根本原因是封母绝缘子氯丁橡胶密封垫老化破损,雨天时,外部潮气、盐雾及浮尘沿缝隙缓慢渗入绝缘子表面,导致绝缘性能下降,并间隙性产生轻微泄露电流,使故障录波装置中电流及电压突变量达到设定的整定值,从而引起故障录波启动。

氯丁橡胶密封垫贮存期为7年[3]；在紫外线光照热老化形式下,使用寿命为6年[4]；在湿热老化形式下,使用寿命为4年[4]。该电厂地处广东南边,临海而建,环境湿热,日晒、紫外线强烈,绝缘子橡胶密封垫自然老化速度较快。

4 结束语

本次发变组离相封闭母线绝缘缺陷的及时发现及处理,消除了发电机发生单相接地故障进而发展成两相短路故障的隐患,因此,做好发变组系统的绝缘监视工作尤为重要。结合本次发电组离相封闭母线绝缘缺陷处理经验,提出如下建议:

a.将发电机出口装设断路器的主变压器低压侧3U0接入故障录波,有利于与发电机机端3U0进行数据对比,且在主变单独挂网运行时不失去绝缘监视。

b.记录I0与3U0正常运行时的数据,在突变量或上限启动时,有利于通过数据对比,判断缺陷的严重程度。

c.设定合理的I0与3U0突变量及上限启动值,增加灵敏度,有利于快速发现缺陷。

d.根据项目地理位置,定期进行封母橡胶密封垫的检查,并根据检查情况进行密封垫的更换。