1000 MW發電機機端PT一次保險慢熔的故障特征分析與風險控制措施

文聆安，熊華兵，王 棟

（1.廣東粵電大亞灣綜合能源有限公司，廣東惠州 516000；2.廣東惠州平海發電廠有限公司，廣東惠州 516000）

0 引言

發電機機端PT 主要用來測量發電機機端電壓，供ECS、DCS、DEH、計量、保護和勵磁使用，實際生產中會出現PT一次保險熔斷導致二次側電壓的降低，從而引起機組有功誤調節［1］、發電機保護誤動或拒動、AVR強勵等不良后果，給機組帶來不容忽視的安全隱患。PT一次保險熔斷必須盡快處理，通過尋找PT一次保險熔斷的特征，實現對熔斷故障的快速判斷，有利于故障的及時處理，從而保障機組的安全穩定運行。

PT一次保險熔斷雖無法完全避免，但可以從技術措施上去降低PT熔斷的幾率。根據PT慢熔過程中DEH、勵磁及發變組保護可能誤動帶來的機組運行風險，從邏輯判據和保護定值整定配合上去實現解決方案。

本文就某電廠2 號發電機機端PT熔斷為例，詳細介紹了故障處理的過程，研究論證了PT 一次保險慢熔過程中的故障特征，提出了防止PT一次保險慢熔引起機組不安全運行的風險控制措施。

1 設備概況

1.1 發變組保護及機端PT

發電機由上海電氣制造，型號為THDF_125／67；發電機額定功率1 000 MW、定子額定電壓27 kV、額定電流23 778 A。

發變組保護為雙重化配置，并全部采用GE 公司產品，其中，發電機保護為GE公司UR系列G60 型裝置。

發電機機端PT由大連北互生產，配套PT 一次保險規格為35 kV、0.5 A，PT 二次側用戶接線如圖1 所示。圖中，1PT、2PT型號為JDZX9－27，規格為分別接入發變組保護A、B 屏和勵磁調節器AVR1、AVR2；3PT 型號為JDZX9－27G，規為用于計量和發電機匝間保護。

圖1 發電機機端PT接線

1.2 勵磁系統

電廠勵磁采用西門子THYRIPOL靜態勵磁系統，勵磁調節器從電流、電壓到可控硅觸發脈沖的輸出，都為相互獨立的雙重化結構，每套調節器功能完整。通道內部各模塊之間以及通道和通道之間實時通信跟蹤，并及時上傳數據到面板顯示屏和監控系統，保證系統無擾動切換。

勵磁調節器兩通道采用熱備用的運行方式，同時接受輸入控制與調節信號并執行操作與調節，但只有處于工作狀態的通道有輸出，并對可控硅進行觸發。當工作通道發生故障時則備用通道自動投入運行，并閉鎖故障通道，防止誤切入故障通道。極端情況下，當勵磁調節器兩通道的自動電壓調節（AVR）方式同時故障時，系統則自動切換至勵磁電流（FCR）調節方式運行。

勵磁調節器對PT故障的檢測是通過對PT三相電壓之間進行比較來實現的。如果電壓的差值超過了預先設定的臨界值，那么邏輯控制器將會起動切換，從故障通道的自動模式切換到備用通道的自動模式。如果兩組通道PT都出現故障，那么就會切換到手動模式［2］。

1.3 DEH系統

DEH采用西門子SPPA_T3000 控制系統，功率信號由電氣功率變送器送入DEH系統，每臺機組設計有3 組功率信號，并在DEH系統中對3 組功率進行選擇判斷。第1、2 組功率信號電壓量取自圖1 中1PT，第3 組功率信號電壓量取自圖1 中2PT。為確保判斷后的功率信號可靠，DEH 內部功率信號處理原則如下：

（1）全部通道無故障且無偏差報警，功率選擇3；

（2）當有1 個通道故障或偏差報警，選擇順序為功率3－2－1；

（3）當有2 個通道故障或偏差報警，選擇無報警的功率信號；

（4）當3 個功率通道均存在故障或偏差報警，保持當前值；

（5）偏差判斷條件為偏差大于104 MW。

2 事件經過

故障前，2 號發電機勵磁調節器1 通道處于工作狀態，2 通道處于熱備用狀態。

故障時，勵磁屏柜2 通道報PT斷線報警，1 通道處于正常運行狀態，其間，未發生強勵等異常情況；2 號發變組保護B屏報PT斷線報警，保護無跳閘信號，未動作于出口跳閘；2 號機DEH系統功率由第3 組功率信號自動選擇為第2 組功率信號，未發生異常主汽門調節而引起的有功功率波動［1］。

繼續檢查機組故障錄波記錄，顯示故障時段2 號發電機機端Ua電壓偏低，從故障開始到Ua二次電壓降低至0 V，整個過程持續時間25 min左右。完整故障期間，Ua二次電壓逐步降低，且波形在正、負最大值附近存在明顯畸變，同時，伴隨3U0電壓的明顯升高。就地測量發電機PT 端子箱內各PT 二次側電壓，發現2PT_A相電壓數值接近于0 V，開口三角形零序電壓約33 V，其他二次電壓均處于正常值。初步判斷故障可能是2 號發電機機端2PT_A 相一次保險熔斷，臨時退出2 號發電機B套與電壓有關的保護，對2PT_A相停電檢查。就地鋪設絕緣墊，操作人員穿絕緣靴、戴絕緣手套、佩戴防電弧面罩，帶電拉出PT小車［3］，進行一次保險直阻測量，測量值顯示一次保險已經完全熔斷。同時，通過檢測判斷，確認PT本體及二次回路無其他故障存在之后，進行了PT 一次保險的更換，并將PT重新投入運行。最后，全面檢查系統無異常后，恢復2 號發電機B套保護的投入。

3 檢查過程

（1）PT二次回路絕緣檢查

PT端子箱內2PT_A相二次小空開未跳閘，可以判斷PT端子箱至負載端的二次回路無接地、無短路；斷開2PT_A相二次小空開，進行端子箱與PT本體之間二次繞組線對地及線間絕緣電阻測試，絕緣良好，未發現接地及短路現象。

（2）PT本體檢查

檢查發現PT本體外觀正常、溫度正常、表面無裂紋、無爬電痕跡；測量PT本體一次繞組對地、一次繞組對二次繞組絕緣均正常；測量一、二次繞組直阻合格，無斷線；查看發電機保護啟動無相關接地報警記錄；對比2PT_A相3 個二次繞組電壓的一致性，初步判斷二次繞組無匝間短路；PT 一次匝間短路，會引起二次側電壓升高，而本次故障為二次電壓降低，初步判斷一次繞組無匝間短路。

（3）PT一次保險及靜觸頭卡簧檢查

檢查確認一次保險端部與靜觸頭卡簧接觸良好、無異常。對熔斷的一次保險解體檢查，發現端部熔絲熔斷且有明顯電弧痕跡。如圖2 所示。

圖2 一次保險熔斷的位置

4 PT一次保險慢熔的特征

PT一次保險慢熔是一個時間過程，圖3 所示為發變組保護B屏報PT斷線期間的故障錄波。從圖中可以看出，在PT 一次保險熔斷期間，3U0出現，故障相定子電壓Ua在正負最大值附近產生畸變，電弧在電流過零點熄滅［4］，二次側電壓在一個周波內發生兩次畸變；隨著斷口擴大，PT電壓隨之下降，波形嚴重畸變，直至斷口無法重燃，電壓趨近于0 V。

圖3 PT慢熔過程電壓錄波

為了驗證PT一次保險熔斷的波形特征，進行了相應的模擬試驗。試驗方法是使用可調間隙模擬一次保險熔斷間隙，試驗接線如圖4 所示，試驗錄波波形如圖5 所示。

圖4 試驗接線

圖5 試驗錄波

從試驗波形圖可以看出，當一次保險存在熔斷間隙時，二次側電壓波形會在正負最大值附近產生畸變，一個周波內發生兩次畸變。

5 PT一次保險熔斷對勵磁系統的影響及相應風險控制措施

5.1 對勵磁系統的影響

當勵磁調節器內部僅有PT斷線報警而未設置慢熔識別判據時，在發生PT一次保險慢熔過程中，電壓值降低到PT斷線報警閉鎖之前，勵磁調節器AVR會自動增加勵磁電流，防止機端電壓的降低，而發電機機端電壓實際上是在不斷升高。

若發變組保護與勵磁定值配合合理，則隨著勵磁電流的持續增加，可引發“強勵動作”報警信號和過勵限制器動作；隨著發電機機端電壓的持續上升，勵磁V／HZ限制器可能會動作；過勵限制器與V／HZ限制器共同作用，將勵磁電流拉回至強勵電流以下［5］。

通過手動切換運行模式、手動切換通道或電壓值降低至觸發勵磁系統PT斷線報警引起通道自動切換，上述反復增減勵磁電流的過程才會終止。所以，有必要在勵磁系統中增加PT一次保險“慢熔”識別判據，同時，采取措施降低PT 一次保險發生熔斷的幾率。

5.2 風險控制措施

風險控制措施如下。

（1）在AVR 勵磁系統中增加“慢熔”判別。可增設監測不同PT相同相電壓差異的方法來判斷“慢熔”的發生，相電壓差異值可定位2～3 V 或在正常時實際差異值上加3 V。當測量裝置檢測到的差異值達到定值時，判斷為PT 慢熔，閉鎖AVR自動增磁，裝置發出PT一次保險慢熔報警信號［6］。

（2）提高一次保險規格，將一次保險額定電流從0.5 A 提升至1 A，降低保險熔斷次數［4，6］。

（3）對一次保險進行定期更換，任何時間發現保險直阻超出正常范圍時，及時進行更換；應急更換時，退出發變組與電壓有關的保護、退出AGC，將發電機有功、無功進行強制［1，7］；更換完畢，測量保險兩端底座連同保險之間的直流電阻，以確認保險與底座間接觸良好。

（4）核對DEH 功率信號邏輯判據，可參考前文提到的DEH內部功率信號處理原則；核對勵磁與發變組保護定值配合的正確性，防止AVR 誤強勵磁引起機組跳閘。對于無法增設PT一次保險慢熔判據的勵磁系統，與發變組保護定值的正確配合，將對機組安全穩定運行起到至關重要的作用。

6 結束語

本文以某電廠2號發電機2PT_A相一次保險發生熔斷為例，詳細講述了PT一次保險熔斷的事件經過和處理過程，并通過故障錄波和模擬試驗，證明了故障相電壓逐步下降且二次側電壓在一個波形周期內正、負最大值附近發生兩次波形畸變是PT一次保險慢熔過程的顯著特征，該結論有利于對慢熔故障進行快速判斷和及時處理。同時，針對PT慢熔對勵磁系統的影響，提出了相對完善的風險控制措施，以防止機組的不安全運行風險。