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发电机出口PT匝间短路故障的研究与预防杨帆

发表时间：2020/6/30 来源：《电力设备》2020年第5期作者：杨帆

[导读] 摘要：发电机出口处安装的电压互感器单台价值虽然不高，但其发生故障所引起的后果可能是非常严重的，因此有必要加强对该类设备从选型、订货、验收直至投运的全过程管理。

        （黄冈大别山发电有限责任公司湖北黄冈麻城 438300）
        摘要：发电机出口处安装的电压互感器单台价值虽然不高，但其发生故障所引起的后果可能是非常严重的，因此有必要加强对该类设备从选型、订货、验收直至投运的全过程管理。
        关键词：发电机；出口；PT匝间；短路故障；预防
        引言：电厂是提供我国电力能源的主要部分，在电力系统中依然占据主导性地位，为其稳定运行提供重要保障的就是发电机组的电气设备，要想正常运行，需将维护发电机组电气设备的工作中做好，及时的处理常见的故障问题。
        1 电厂发电机组维护的状况
        由于在设备维修中将现代预防性设备维护理论更加广泛的使用，在很大程度上将其发生故障现象大大减少，在实际工作中通过该理论的应用，可以提前将到寿命期限容易损坏的零件进行更换，这样机组的相关工作人员在规划设备的运行工作时，可以按照发电机组的实际运行状况进行科学的分析，将养护和更换时间合理制定，从而大大减少发生故障的现象。但是由于不断增加的发电负荷量，对于一些突发性的故障问题总是无法避免，针对这种状况需要相关的维护人及时的查找和确定故障部位，通过相应的措施及时解决故障问题。
        2 PT故障原因及分析
        2.1 2PT试验数据及结果分析
        4号发电机出口安装有3组PT，2组采用分级绝缘电压互感器，1组采用全绝缘电压互感器。分级绝缘电压互感器运行中，其一次线圈末端必须接地；全绝缘电压互感器一次侧中性点与发电机中性点通过高压电缆相连而不接地，构成纵向零序保护，用于发电机定子匝间保护。发电机出口PT全部采用固体绝缘电磁式电压互感器，型号为JDZX3-20、JDZX4-20。对发电机出口2PT进行了直流电阻、绝缘电阻、空载电流、励磁特性及变比测试试验，试验数据详见表1.发电机出口2PTB相一次侧直流电阻相间与历史值偏差达18.4%，超出10%的合格标准；相同电压下的空载电流仅有正常PT空载电流的35.6%，超出不大于30%的合格标准；励磁特性曲线三相对比差异明显。
        2.2 电压互感器故障原因分析
        通过分析，得出电压互感器故障原因如下：一是产品生产制作工艺不良。固体绝缘电磁式电压互感器外绝缘采用浇注式，由于生产厂家工艺水平参差不齐，外绝缘中浇注过程中易混入气泡、金属颗粒等杂质，导致局部放电超标。在运行电压下，外绝缘的局部放电情况会一直存在，在累积效应下逐渐恶化，最终电压互感器匝间绝缘破坏，出现短路现象。二是电磁式电压互感器工作在不接地系统中时，当一相接地时，系统允许再运行几个小时，非故障相电压会升高至倍相电压，这对于互感器尤其是分级绝缘互感器的绝缘状况来说是个考验，分级绝缘电压互感器的接地端绝缘水平只有3kV或5kV。同时，电磁式电压互感器铁芯会出现饱和现象，导致励磁电流增大，甚至会超过最大允许电流，超出互感器热稳承受范围，导致电压互感器烧损。三是电磁式电压互感器应用在不接地系统中时，由于系统对地分布式电容的存在，在外部某种激励条件下，电磁式电压互感器存在铁磁谐振的风险，铁磁谐振产生的高电压和过电流可能造成互感器损坏，因此应采取消谐措施消除谐振风险。

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        3 PT预防性试验现状及存在的问题
        3.1固体绝缘电磁式电压感器定期试验及现状
        为检验电压互感器的绝缘状况，根据《电力设备预防性试验规程》（DL/T596—1996）要求，干式电磁式电压互感器定期例行试验项目有：绝缘电阻（1-3年）、交流耐压（3年，分级绝缘的采用倍频感应耐压试验）、局部放电测试（1-3年，20-35kV电压互感器）。电厂干式电压互感器日常开展的预防性试验项目主要有：绝缘电阻测试、直流电阻测试和交流耐压试验（分级绝缘的采用倍频感应耐压试验）。
        3.2存在的问题
        PT预防性试验存在的问题如下：一是局部放电试验可以发现电力设备绝缘在电场作用下局部范围内发生的放电，这种放电以绝缘局部短接（路桥）而不形成导电通道，每一次局部放电对绝缘介质都会有一些影响，轻微的局部放电对电力设备绝缘的影响较小，绝缘强度的下降较慢；而强烈的局部放电则会使绝缘强度很快下降。干式PT内部如果存在持续性局部放电会使环氧树脂绝缘碳化，造成贯穿性放电，产生严重后果。二是倍频感应耐压试验是破坏性试验，对固体绝缘电压互感器的主绝缘和纵向绝缘有一定的危害，而且有累积效应，因此耐压试验前后应对电压互感器进行绝缘测试、空载电流测试。电压互感器空载电流或励磁特性曲线不应与出厂、历史试验数据产生较大偏差，如果偏差较大，应考虑匝间绝缘、铁芯片间绝缘可能存在故障。
        4 预防措施
        导致发电机出口PT故障的最大原因还是产品本身存在质量问题。由于在制造中PT存在气泡，导致运行中发生局部放电，最后累积导致绝缘失效。由于各厂家产品本身内部是否有气泡数量大小存在一定的分散性，因此，各出口PT有可能发生故障的时间也就不相同，气泡本身体积和数量比较少，发生局部放电对绝缘的影响也就较小，运行的时间也比较长。由于近两年系统内电厂多次发生发电机出口PT匝间短路故障而导致的跳机事故，因此，发电机出口PT匝间绝缘应引起重视。对于检测出口PT内部是否有气泡的最有效手段就是进行局部放电试验，目的依据标准规定，固体绝缘电压互感器局部放电量不应小于50PC。而这么小的局部放电量只有在试验中才能准确测量出，在现场由于电磁干扰很大，测量是十分困难的，因此，用传统方法测量出口PT局部放电的方式就很难实现了。根据现场实际情况，提出以下三方面预防措施：
        对今后新购买的发电机出口，必须要厂家提供出厂局部放电试验报告，局部放电试验报告合格才能进行安装。
        在运行中，建议开展运行中带电局部放电监测试验，以检验在实际运行中，出口PT局部放电是否超标，如果超出标准则应尽快安排更换。如前面所提到的在现场进行局部放电试验可能很困难，因此可以采用非电量局部放电的测量方法来代替传统电量局部放电试验，如超声波局部放电等。
        现场虽然很难通过传统局部放电试验验出内部局部放电是否超标，但可以通过感应耐压试验检验匝间绝缘是否失效。以目前最常用到的三倍频感应耐压来说，二次加压100V，感应耐压时间为40s，可以很有效检验出出口PT匝间绝缘故障，进而可以避免发生在运行中发电机出口PT绝缘故障导致跳机事故。因此，在今后新出品PT交接时，必须进行感应耐压试验，并在发电机大修时也建议进行感应耐压试验。
        结束语：发电机出口PT用以反映发电机出口母线电压，其二次输出常用于发电机的测量、保护、励磁控制等回路，是保证发电机正常运行的重要设备。发电机出口PT故障经常会导致机组停运，造成不必要的损失。本文通过分析PT故障原因及工作中存在的问题，并提出提高发电机出口PT可靠性及预防的措施进行了深入的研究和探讨。
        参考文献：
        [1]张建华.发电机出口电压互感器匝间短路分析及在线监测装置设计[J].电气技术,2020,21(02):110-113+128.
        [2]马云飞.发电机出口电压互感器匝间短路故障分析与计算[J].华电技术,2018,40(10):15-18+76.