火電機組電氣啟動試驗中的問題及處理

孫鋼虎，兀鵬越，牛利濤，張文斌，彭金寧

(西安熱工研究院有限責任公司，西安市 710043)

0 引言

大型火電機組首次啟動過程中，要進行一系列的電氣試驗，稱之為總啟動試驗。試驗目的是檢驗電氣一次、二次設備的設計、制造、安裝及調試質量，檢驗電氣系統的完整性、可靠性，及時發現并消除可能存在的缺陷，保證電氣系統及設備能夠安全正常投入運行。電氣總啟動試驗是系統性的大型試驗，具有試驗內容多、試驗時間長、工作強度大的特點，對試驗人員的技術水平、組織能力、對突發問題的應對能力以及生理心理承受能力都是極大的考驗。如何安全、順利地完成機組的電氣總啟動試驗，是電氣調試人員在整個調試過程中需考慮的最重要問題。

筆者根據近年來參與的多臺大型機組電氣整套啟動調試的實踐，列舉了常見的4類啟動試驗問題，并對每類問題產生的原因進行分析，探尋其發生的內在規律，并給出了防范和應對辦法，供相關人員參考。

1 試驗操作問題案例

操作問題主要是運行人員和調試人員在試驗過程中操作設備，或者采取試驗臨時措施中出現的問題。出現問題的類型主要有:操作漏項、操作不到位、操作錯誤、操作失誤等，原因是工作責任心不夠、經驗欠缺以及工作能力不足。

1.1 電壓互感器小車未合導致誤強勵

2007年4 月，某300 MW機組啟動試驗時，當勵磁系統首次起勵后，勵磁系統過電壓動作，跳開滅磁開關，而發變組保護無異常。

事故發生后，檢查發電機機端電壓互感器小車未推入。分析認為，發電機升壓時，由于電壓互感器未接入，所有二次回路檢測不到發電機電壓，勵磁系統根據電壓閉環原理持續增加勵磁，發生誤強勵事故。

1.2 電壓互感器一次保險安裝不到位導致匝間保護動作

2011年5月，某330 MW機組在啟動時，勵磁系統剛開始建壓，發電機匝間保護動作，跳滅磁開關并關閉主汽門，機組停機。事故發生后，檢查發現發電機用于匝間短路的1TV電壓互感器C相一次保險安裝不到位，未接觸上金屬觸頭。當發電機起勵后，保護裝置因缺少C相電壓，而檢測出零序電壓，由于此時發電機電壓尚未正常，還無法判斷電壓互感器斷線，因此匝間保護誤動作。

1.3 廠用6 kV電壓互感器小車裝反

2011年3月，某3號機組廠用受電時，A段備用電源進線開關合閘后，調試人員檢查發現備用電源進線PT二次側相電壓為反相序。

為確認檢查問題，在A、B段之間進行二次核相，A-A電壓100 V，C-C電壓100 V，B-B電壓0 V，由此斷定A段電壓反相。為排除一次相序錯誤，用高壓核相棒在A、B段之間進行一次核相，確認一次進線相序正確。進一步檢查，發現工作電源進線和備用電源進線電壓互感器小車裝反。由于一次電源進線相序空間結構相反，工作電源進線和備用電源進線間隔電壓互感器小車相序也相反。而2個小車結構外形完全一致，且未有明顯編號標識，因此導致運行人員在操作時搞錯電壓互感器小車，發生相序錯誤。

1.4 并網信號解除與恢復

2006年7月，某廠5號機組沖轉過程中，汽輪機控制方式為轉速控制，當汽輪機在1 000 r/min進行暖機時，當值運行人員為提前做發變組短路試驗的準備，就地合5號發變組出口主開關后，汽輪機轉速突然上升，至1 800 r/min時運行人員打閘停機。

檢查發現，在短路試驗前，電氣試驗人員與熱控試驗人員未充分溝通，未解除并網信號控制汽輪機由轉速控制切換為功率控制方式的邏輯，導致將短路試驗合斷路器誤認為并網狀態，汽機控制轉為功率控制方式而升速。

與此相反，當電氣試驗結束，機組準備并網前，應該恢復發電機并網信號，從而使得并網后汽機轉為功率控制方式，帶初始負荷運行。2008年6月，某電廠5號機組首次并網，由于熱控人員忘記恢復并網邏輯，并網后機組功率一直在－1 MW和0之間徘徊，屬于逆功率運行狀態，沒有帶上預定的初始負荷。機組異常運行約1 min后，熱控人員恢復并網邏輯，機組才帶上初始負荷。

1.5 操作問題的防范

從近年多個工程現場的情況來看，由于試驗操作引起的問題時有發生。此類問題發生的根本原因在于責任心不強，沒有嚴格按照試驗方案執行，此類問題是應該、并且也是能夠避免發生的。作為運行人員，應該嚴格按照試驗方案以及操作票執行操作，防止跳項、漏項，對每1項操作結果要進行確認，正確無誤后方可執行下一步操作。作為調試人員，應深入了解各項試驗的原理及操作方法。雖然不同機組電氣總啟動試驗有所差別，但總體程序還是基本一致的，試驗過程的操作也大同小異，因操作問題而可能發生的問題也是有規可循的。調試人員應該清楚知道可能出現的操作失誤，以及由此產生的后果，并采取有效的措施，如試驗前技術交底、做好試驗記錄、監護、指導并及時糾正運行人員的試驗操作，杜絕此類問題的發生。

2 設備配合問題案例

由于是機組首次啟動，所有電氣一次、二次設備和回路第1次同時工作，在有的設備之間就會出現相互之間的影響，導致某些設備不能正常工作、某些試驗達不到預期的效果。例如，雙套配置的轉子接地保護由于互相沖突，平時只能投入1套，如果雙套同時投入，就會報警。雙套轉子接地保護相互沖突已被電氣人員所熟知，然后，在機組電氣啟動試驗中，還有一些不常遇到的設備沖突問題。

2.1 線性滅磁電阻對轉子交流阻抗測量的影響

2011年7月16日，某330 MW整套機組啟動調試期間，機組定速3 000 r/min時，在發電機機端碳刷處進行轉子交流阻抗測量。當給轉子施加220 V交流電壓時，電流達到了120 A，遠遠大于交流阻抗出廠測量值31 A，導致電源開關跳閘。

經檢查，該機勵磁系統采用“晶閘管跨接器+線性滅磁電阻”的智能化滅磁柜，滅磁電阻約為2 Ω。當滅磁開關分開后，滅磁開關的輔助觸點去觸發晶閘管跨接器，使得跨接器晶閘管導通，相當于將線性滅磁電阻直接與轉子繞組并聯在一起。當在轉子繞組上施加交流電壓后，線性滅磁電阻會分流，經計算分流電流約90 A。

當拆開滅磁電阻回路后，再次測量轉子交流阻抗，測量值與出廠值基本一致。

2.2 軸電壓抑制器對轉子接地保護的影響

2009年9月11日，某670 MW機組進行發電機短路試驗，當機端電流升至8 kA(勵磁電壓99 V，勵磁電流1.025 kA)時，發變組保護A柜發“轉子一點接地報警”信號。

停機檢查，轉子絕緣正常，滅磁電阻柜內絕緣為18 kΩ，而該機組A柜乒乓式轉子接地保護報警值為20 kΩ，因此報警。分析認為，該柜內裝設有阻容原理的軸電壓抑制回路，導致對地絕緣較低。鑒于該機組軸電壓不高，取消軸電壓抑制回路無甚影響，因此拆除了軸電壓抑制回路。然后，測得滅磁電阻柜絕緣大于2.5 MΩ。再次啟機后，再未發轉子接地報警信號。

2.3 注入式轉子接地對軸電壓的影響

2010年12月20日，某1 036 MW機組首次并網成功后，測量軸電壓U1=18 V，高于一般機組10 V以下的軸電壓水平。

分析認為，該機組采用注入式轉子接地保護，在轉子上疊加了電源電壓約為46 V、頻率1 Hz的低頻電壓。由于轉子繞組緊密纏繞在大軸上，因此可能會將此電壓耦合到大軸上。為驗證上述分析，2010年12月30日，在機組帶300 MW負荷的情況下，申請退出注入式轉子一點接地保護的低頻電源后，測量發電機軸電壓U1=7.8 V，屬于正常水平。

由于該機組軸承主絕緣采用雙絕緣，絕緣可靠性非常高，因此18 V的軸電壓不會導致軸承油膜擊穿，機組可以正常運行。因此建議不采取特別措施，僅對發電機主絕緣和軸電壓做好定期監測，必要時進行潤滑油化驗以檢測油質是否劣化［1］。

2.4 斷路器防跳回路沖突

海門電廠1號起備變斷路器、上安電廠500 kV斷路器在設備通電調試時，均出現斷路器只能合分1次后就保持在跳閘位置，同時操作箱跳、合閘監視燈均點亮，除非操作電源斷電后再送上，否則不能再次合閘操作的情形。

該問題屬于典型的斷路器本體防跳繼電器與操作箱合閘監視回路電阻不匹配問題，導致防跳繼電器不能返回，閉鎖合閘回路，導致斷路器無法再次合閘。解決辦法是在合閘監視回路中增加串聯斷路器常閉觸點，合閘后強制斷開合閘監視回路，復歸防跳繼電器。這樣，即使兩者電阻不匹配，也不會出現防跳繼電器不返回的情況［2］。

2.5 設備沖突問題的處理

由現場情況來看，新設備之間的互相沖突、互相影響現場時有發生，這類問題原因一般較為復雜、隱蔽，解決難度較大。隨著類似問題在現場的不斷發生，發現其中還是有一定的內在規律，某些設備在一起沖突是必然的，會在不同的工程中反復遇到。作為調試工程師應善于對這些問題加以總結，發現其中的內在規律，就能預想到啟動試驗過程中可能出現的一些設備之間的沖突，也就能夠在出現問題時及時、正確提出應對措施。

3 設計問題案例

設計問題也是新機組調試過程中經常出現的問題。大部分設計問題在靜態檢查和分系統調試過程中會被發現和解決，但也有部分問題只有設備帶電正式運行后才會暴露出來。

3.1 勵磁變變比設計對發電機短路試驗的影響

勵磁電壓的選擇一般是根據勵磁系統強勵等工況的要求來設計的。如果發電機額定電壓較高，而勵磁電壓選擇較低，就會導致勵磁變變比較大。對于自并勵機組，啟動試驗時所需的臨時勵磁電源取自6 kV高壓廠用電，勵磁電源電壓遠低于正式的發電機電壓，就會導致在發電機短路試驗時勵磁電壓不夠，無法獲得發電機額定短路電流所需的勵磁電流。這種情況在發電機電壓大于24 kV的多臺機組出現過。

如果勵磁電壓確實無法改變，一個較好的解決辦法是將勵磁變壓器設計成帶有試驗分接頭的形式，專供啟動試驗使用。這就需要設計單位和業主在訂貨時充分考慮。

3.2 勵磁電壓分壓電阻設計不合理

某廠1號機組發電機空載零起升壓過程中，發變組保護、故障錄波器測得的轉子電壓與實際值偏差超過30%，導致失磁保護勵磁電壓判據不能投入，故障錄波器勵磁電壓無法準確測量。

按照設計意圖，為防止高電壓進入二次盤柜，該勵磁系統輸出的轉子電壓采用電阻分壓方式，輸出分壓比例為15∶1。停機后，甩開外接線，在勵磁系統勵磁電壓輸出端子上測得勵磁系統內阻90 kΩ;在發變組保護柜測得負載電阻為175 kΩ，在故障錄播器柜測得負載電阻100 kΩ。由于負載電阻和分壓電阻同一數量級，電阻的分壓作用導致實際分壓比遠遠偏離原設計值。由于勵磁電壓偏移太大，只能在發變組保護中取消失磁保護勵磁電壓判據［3］。

2010年底投產的3號機組吸取上述教訓，設計改由勵磁系統的變送器送出4～20 mA勵磁電壓信號至保護柜，從而能夠投入失磁保護勵磁電壓判據;而故障錄波器采用直采勵磁電壓，運行效果良好。

3.3 發電機接地變二次電阻變比錯誤

2011年7 月，某3×330 MW機組3號機組首次啟動后，發現發電機中性點零序電壓低于機端零序電壓，滿負荷時中性點零序電壓0.98 V，機端零序0.55 V。

3.4 主變差動電流互感器選擇錯誤

某大型機組啟動調試期間，調試人員在檢查電流互感器本體銘牌配置時發現，主變差動保護的高壓側及發電機側電流互感器均設計為TPY級，而高廠變側電流互感器卻選擇為5P40級。根據設計規程［4］，差動保護的電流互感器選擇應一致，顯然此處設計與規程不符。但是機組已即將啟動，如需更換電流互感器，從訂貨到制作、運輸、安裝，將是一個漫長的過程，是現場情況所不允許的。因此，該問題只能留待以后解決。

3.5 設計問題的處理

由于設計錯誤帶來的現場問題，發現越晚，處理難度越大、代價越大，甚至有的問題難以處理，設計問題最好的解決辦法就是及早發現。因此，一方面，建議改變現行的調試單位在工程后期才參與進來的做法，業主應及早要求調試單位在聯絡、設計階段就介入工程，參與方案的討論及圖紙的審查。另一方面，在工程現場施工、調試過程中，調試人員既要尊重設計，也要勇于質疑設計，不能盲目迷信。對于可能存在的設計問題，除及時與業主、監理及現場設計工地代表溝通，必要時還要以書面形式提出自己的意見。在調試過程中發現此類問題，調試人員應檢查分析原因，給出解決處理的建議。

4 設備安裝質量問題案例

由于基建工期、安裝人員技術水平、設備質量等原因，很多工程安裝質量較差，尤其是電氣一次、二次回路接線，在新機組調試過程中會出現很多問題。

4.1 電流回路分流

淮陰電廠5號機組發電機短路試驗時，發變組保護屏的2組發電機電流三相不平衡，一組A相電流偏小，另一組C相電流偏小，而且發電機差動保護A、C相出現了較大的差流，且差流越限報警。

經檢查發現，電流互感器接線盒蓋壓在二次接線上，并壓破了電纜外皮絕緣，造成電流互感器二次回路與接線盒蓋短路接地，發生了二次電流分流，導致保護裝置二次電流采樣偏小。

4.2 匝間專用電壓互感器一次電纜未聯接

2009年7月25日，河源電廠一期工程2號機組進行電氣整套啟動的發變組空載試驗時，發電機出口全絕緣電壓互感器零序電壓較其他機組大。檢查發現發電機匝間保護專用電壓互感器中性點至發電機中性點一次電纜未連接，電壓互感器一次中性點未接地導致零序電壓過大。

4.3 母排反相序安裝

新華電廠“大代小”330 MW機組，電氣整套啟動試驗中，勵磁空載試驗，發現勵磁系統不能正常勵磁，勵磁電流比發電機空載明顯增大。經檢查，勵磁變低壓側至調節器的共箱母線的相序為反相序。

4.4 一次電纜位置接錯

2002年3月，寶雞3號機組接錯一次電纜位置，將中性點電纜接在發電機出口到電壓互感器的引接線母排上，實際造成發電機首尾短接。在發電機短路試驗首次起勵過程中，短接電纜在發電機定子大電流沖擊下瞬間閃絡、燒斷起火，造成發電機出口一組保護專用電壓互感器、一組避雷器嚴重燒損報廢。

4.5 電流互感器二次繞組等級接錯

張家口二期4×300 MW工程5號機組帶負荷試運期間，進行廠用備用電源向工作電源切換過程中，高廠變差動保護動作，機組跳閘全停。

檢查發現廠用分支電流互感器等級用錯，即誤將電流互感器二次0.5級測量繞組用作保護用5P20級繞組，由于測量級電流互感器伏安特性線性范圍較小，在廠用切換過程中，系統存在較大環流，導致測量級電流互感器飽和，從而在差動回路形成較大的差流，保護動作跳閘。

4.6 設備安裝問題的防范

安裝施工帶來的一次、二次接線問題，主要依靠在安裝階段安裝單位技術員自查，在靜態和分系統調試階段調試人員復查。此類問題在整套啟動前應該全部檢查完畢，不應該帶入啟動過程中。作為調試人員，在設備安裝完成后，應及時進行復查，尤其是對經常可能發生的、比較隱蔽的設備安裝缺陷做重點檢查。

5 結語

通過對筆者近年來在大機組電氣總啟動試驗過程中常見的操作問題、設備配合問題、設計問題及安裝質量問題的一些實際案例的分析，指出電氣啟動試驗過程中出現的問題在看似偶然的表象下面，是有一定的規律可循的，要從眾多的現場問題中總結規律、汲取經驗教訓，對于不同的問題，要采取不同的防范及處理方法，防止類似問題的發生。

［1］張文斌，兀鵬越.華能海門電廠1號機組整套啟動調試報告［R］.西安:西安熱工研究院有限公司，2009.

［2］兀鵬越，董志成，陳琨，等.高壓斷路器防跳回路的應用及問題探討［J］.電力自動化設備，2010，30(9):57-59.

［3］兀鵬越，胡任亞，陳飛文，等.1 036 MW機組的電氣整套啟動調試［J］.電力建設，2010，31(7):77-79.

［4］國家經濟貿易委員會.DL 5000—2000火力發電廠設計技術規程［S］.北京:中國電力出版社，2000.

(編輯:馬曉華)