600 MW機組勵磁變壓器低壓側(cè)短路故障分析

王東亞，沈文華，陳灌明

(廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東 珠海 519000)

600 MW機組勵磁變壓器低壓側(cè)短路故障分析

王東亞，沈文華，陳灌明

(廣東珠海金灣發(fā)電有限公司，廣東 珠海 519000)

廣東某電廠#3機組啟動過程中，自并勵勵磁系統(tǒng)的勵磁變壓器低壓側(cè)短路跳閘，導致機組跳閘。對勵磁變壓器故障保護動作曲線及解體后的故障現(xiàn)象進行分析，指出#3勵磁變故障原因是散熱不足導致低壓線圈內(nèi)絕緣及匝間絕緣老化，最終出現(xiàn)低壓線圈匝間短路，根據(jù)故障原因提出了修復及改進意見。

勵磁變壓器；低壓側(cè)；短路；保護

0 引言

近年來，發(fā)電機組的勵磁變壓器(以下簡稱勵磁變)故障多發(fā)，故障種類多樣，對機組的安全運行造成了重大的影響，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟損失。本文根據(jù)勵磁變低壓側(cè)具體故障現(xiàn)象，結(jié)合變壓器保護動作情況[1-2]，參考同類型機組故障[3]，分析故障發(fā)生的原因，提出預防此類故障的改進措施，為同行業(yè)勵磁變的穩(wěn)定運行提供參考。

1 設(shè)備概況及故障經(jīng)過

廣東某電廠#3，#4機組(2×600 MW超臨界燃煤機組)于2007年投產(chǎn)發(fā)電，機端采用自并勵勵磁方式，勵磁系統(tǒng)為ABB公司生產(chǎn)的UNITROL5000系列產(chǎn)品，勵磁變?yōu)閆SCB9-6600/20型三相干式變壓器，額定電壓為20 000 V/880 V，YD11聯(lián)結(jié)方式，冷卻方式為自然空氣冷卻(AN)。勵磁變壓器保護配置為GE公司生產(chǎn)的T35變壓器保護裝置，設(shè)置差動保護、高壓側(cè)電流保護等保護，為雙套保護配置。

2015年1月4日#3機組啟動過程中，合上滅磁開關(guān)機端電壓自動升至19 950 V后，勵磁變突然跳閘，就地檢查勵磁變本體有煙冒出。停機后檢查發(fā)現(xiàn)#3勵磁變外罩有熏黑現(xiàn)象，勵磁變低壓側(cè)C相繞組燒黑，B相也有被熏黑的現(xiàn)象，發(fā)電機、主變壓器、廠用高壓變壓器和勵磁變封閉母線外觀無異常。勵磁變2套T35保護裝置有“B相差動保護動作、C相差動保護動作、高壓側(cè)過流定時限保護動作、高壓側(cè)過流反時限保護動作”信號，2套勵磁變保護動作信號一致。

2 保護動作分析

勵磁變差動保護為比率差動保護，保護定值為：啟動值，0.250 p.u.；斜率1，40%；斜率2，70%；拐點1，1.000 p.u.；拐點2，3.200 p.u.；有2次諧波和5次諧波制動；勵磁變高壓側(cè)過流定時限定值，1.750 p.u.；勵磁變高壓側(cè)過流反時限定值，0.550 p.u.。第1套保護裝置動作波形如圖1所示。

根據(jù)保護裝置報文，結(jié)合動作波形分析如下。

07:47:53.383 224，B相差流Ibd=0.296 p.u.>勵磁變啟動電流(0.250 p.u.)且位于第1拐點前，滿足比率差動保護動作條件；

07:47:53.383 224，C相差流Icd=0.297 p.u.>勵磁變啟動電流(0.250 p.u.)且位于第1拐點前，滿足比率差動保護動作條件；

07:47:53.383 224，A相差流Iad=0 p.u.<勵磁變啟動電流(0.250 p.u.)，不滿足比率差動保護動作條件；

07:47:53.463 498，C相定時限啟動，Ic=2 727.1 A=1.820 p.u.>勵磁變定時限啟動電流(1.750 p.u.)，滿足保護動作條件；

07:47:53.744 618，勵磁變高壓側(cè)過流定時限保護動作,滿足定時限保護時間定值(0.3 s)；

07:47:53.443 418，C相反時限啟動，Ic=1 678 A=1.120 p.u.>勵磁變反時限保護啟動電流(0.550 p.u.)，滿足保護動作條件；

07:47:54.206 948，勵磁變高壓側(cè)過流反時限保護動作。

由以上分析可知，第1套保護動作正確。

第2套保護裝置動作波形如圖2所示。

根據(jù)保護裝置報文，結(jié)合動作波形分析如下。

圖1 勵磁變第1套保護動作波形(截屏)

圖2 勵磁變第2套保護動作波形(截屏)

07:47:53.383 228，B相差流Ibd=0.296 p.u.>勵磁變啟動電流(0.250 p.u.)且位于第1拐點前，滿足比率差動保護動作條件；

07:47:53.383 228，C相差流Icd=0.296 p.u.>勵磁變啟動電流(0.250 p.u.)且位于第1拐點前，滿足比率差動保護動作條件；

07:47:53.383 228，A相差流Iad=0 p.u.<勵磁變啟動電流(0.250 p.u.)，不滿足比率差動保護動作條件；

07:47:53.463 539，C相定時限啟動，Ic=2 709.5 A=1.806 p.u.>勵磁變定時限啟動電流(1.750 p.u.)，滿足保護動作條件；

07:47:53.754 467，勵磁變高壓側(cè)過流定時限保護動作，滿足定時限保護時間定值(0.3 s)；

07:47:53.443 474，C相反時限啟動，Ic=1 654.8 A=1.103 p.u.>勵磁變反時限保護啟動電流(0.550 p.u.)，滿足保護動作條件；

07:47:54.195 785，勵磁變高壓側(cè)過流反時限保護動作。

由以上分析可知，第2套保護動作正確。

3 故障數(shù)據(jù)分析

表1為故障時的電壓電流數(shù)據(jù)，分析如下。

(1)高壓側(cè)A，B相的相位、幅值相同，C相與A，B相的相位相反，幅值為A，B相的2倍左右，對于高壓側(cè)星型接法、低壓側(cè)三角型接法的Yd11變壓器，說明此時低壓側(cè)發(fā)生BC相間故障。

(2)低壓側(cè)沒有測到電流，說明故障發(fā)生在變壓器內(nèi)部至低壓側(cè)電流互感器之間。

由分析結(jié)果可知，此次故障是低壓側(cè)C相繞組內(nèi)部匝間短路(因低壓側(cè)為三角型接法，當C相多數(shù)繞組或全部繞組匝間短路時，即相當于BC相間短路)。

表1 故障時的電壓電流數(shù)據(jù)

4 解體檢查情況

(1)高壓線圈A，B，C相外觀均未見故障損傷，低壓線圈C相上部以及其對應的鐵芯部位有嚴重的燒損現(xiàn)象，如圖3所示。

(2)在沒有發(fā)生故障的A相繞組低壓對鐵芯的絕緣結(jié)構(gòu)上可見大面積的“起泡”離層現(xiàn)象，絕緣已經(jīng)失效。

圖3 低壓側(cè)C相故障處及對應鐵芯燒損情況

5 故障原因分析及改進措施

#3勵磁變冷卻方式為自然冷卻，沒有設(shè)置冷卻風機，外罩防護等級IP21，布置在汽機房內(nèi)，通風稍差，未設(shè)置鐵芯溫度測點。由于汽機房溫度較高，繞組運行溫度最高可達110 ℃。從絕緣起泡現(xiàn)象推斷，#3勵磁變散熱是不能滿足變壓器壽命要求的。對故障后的鐵芯進行了溫升試驗，在工頻50 Hz條件下最高溫度達116 ℃，環(huán)境溫度為16 ℃，溫升為100 ℃，達到了標準的最高限[4]。勵磁變在實際運行中不可能只有50 Hz基波成分，不可避免地含有其他諧波成分，勵磁變的這種工況要求設(shè)計時必須考慮一定的溫升冗余，不適宜用到最高極限。

綜上所述，#3勵磁變故障原因是設(shè)計不周導致散熱不足，測溫裝置沒有監(jiān)測到發(fā)熱嚴重而散熱條件惡劣的最高點，經(jīng)過近8年的運行，熱累積效應使絕緣劣化，導致低壓線圈內(nèi)絕緣及匝間絕緣老化，最終從熱損壞發(fā)展到電擊穿，低壓線圈匝間短路，釀成事故。故障后由于電弧影響，造成低壓線圈及鐵芯燒損。

經(jīng)過對勵磁變故障的分析，對運行變壓器做出以下改進，也為今后新購變壓器做參考。

(1)在變壓器底部設(shè)置通風機，頂部設(shè)置排風機，并調(diào)整外罩的防護等級，加強勵磁變的通風散熱。

(2)在鐵芯T角處設(shè)置溫度測點，加強鐵芯溫度的監(jiān)控。

(3)定期對勵磁變進行紅外測溫。

6 結(jié)束語

勵磁變屬于特種變壓器，發(fā)生故障會對機組造成惡劣的影響，加強勵磁變運行中的監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)問題，能防止惡性事故的發(fā)生，對機組安全運行有重大意義。

[1]婁玲嬌，尹項根，張哲，等.發(fā)電機靜止勵磁系統(tǒng)故障快速保護[J].電力系統(tǒng)自動化，2014(22):109-113.

[2]趙小瑩，廖虹煒.發(fā)電機勵磁變壓器幾個關(guān)鍵問題的分析[J].變壓器，2011，48(6)：49-52.

[3]韓憲良.一起勵磁變匝間短路的分析和對策[J].大眾科技，2016，18(1):44-46.

[4]電力變壓器第11部分 干式變壓器：GB 1094.11—2007[S].

(本文責編：劉芳)

2017-05-26；

2017-07-31

TM 621

B

1674-1951(2017)08-0058-03

王東亞(1983—)，男，河南商丘人，工程師，從事電廠檢修管理工作(E-mail:dongya_2000@163.com)。