基于I 0和3U 0突變量啟動的發(fā)變組離相封閉母線絕緣缺陷分析

文聆安,林永源

(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(fā)電廠有限公司,廣東 惠州 516000)

1 設備概述

某電廠裝機容量2×1 000 MW超超臨界燃煤發(fā)電機組,1、2號機組分別于2010年、2011年投產發(fā)電。2臺機組均以發(fā)電機－變壓器單元接線接入500 k V配電裝置,發(fā)電機與主變壓器、高壓廠變之間采用離相封閉母線連接,封閉母線制造廠家為鎮(zhèn)江華東電力設備廠,封母采用微正壓干燥裝置保持內部干燥。發(fā)電機裝設出口斷路器,每臺機組設兩臺分裂高壓廠變壓器,電源從主變壓器低壓側與發(fā)電機之間引接。

發(fā)電機中性點采用經配電變壓器二次側電阻接地的接地方式,接地變壓器容量為50 k VA,二次側電阻為0.13Ω,一次側電壓為27 k V,二次側電壓為240 V,帶有100 V抽頭。主變壓器500 k V側中性點直接接地,高壓廠變壓器6 k V側中性點經電阻接地,接地電阻為23Ω。

發(fā)變組保護裝置采用雙重化配置,每套保護包含完整的主保護和后備保護,發(fā)電機兩套保護分別布置在發(fā)變組保護A、B屏。其中,100%發(fā)電機定子接地保護由兩部分組成:

a.第一部分是零序電壓保護,取自中性點接地變側基波零序電壓UN0[1],整定值為13.86 V,延時0.5 s,動作于發(fā)電機全停II,且當故障點越接近發(fā)電機出線端時保護的靈敏度越高[12]。

b.第二部分為利用3次諧波電壓比值構成定子繞組接地保護,3次諧波電壓取自中線點接地變3次諧波VN3與機端電壓互感器3次諧波VS3,且當故障點越靠近中性點時保護的靈敏度越高[1-2]。

發(fā)變組接入故障錄波裝置錄和發(fā)變組保護A、B屏的電氣量,如圖1所示。

圖1 發(fā)變組保護配置

發(fā)變組故障錄波裝置中設定發(fā)電機機端零序電壓3U0(取自圖1中2YH)上限報警值5 V,突變量啟動值5 V；設定發(fā)電機定子零序電流I0(取自圖1中11LLH)上限報警值1.1 A,突變量報警值0.1 A。

2 I 0、3U 0突變量啟動

某年4月14日10時16分43秒993毫秒,2號發(fā)電機定子零序電流I0第一次報突變量啟動,持續(xù)時間約650 ms,錄波數(shù)據(jù)如圖2所示。因電壓量未達發(fā)電機定子接地保護動作定值,定子接地保護未動作。

圖2 I 0突變量啟動錄波

從圖2可以看出:機端零序電壓3U0的波形突變和2號發(fā)電機定子零序電流I0的波形突變完全同步；發(fā)電機、主變壓器、高壓廠變壓器三相電壓、三相電流處于平衡狀態(tài),未發(fā)生波形突變；主變壓器高壓側中性點零序電流未發(fā)生突變。

4月14日為雨天,空氣濕度大。根據(jù)故障錄波記錄,2號發(fā)電機定子零序電流I0第一次突變量啟動后,于4月14日,即出現(xiàn)超過5次I0的突變量啟動。此后一段時間,電廠區(qū)天氣晴朗、空氣干燥,未發(fā)生I0突變量的啟動。直至5月3日,再次下雨,I0又發(fā)生多次突變量啟動。

通過數(shù)據(jù)分析,發(fā)現(xiàn)各次I0突變量數(shù)值一直在穩(wěn)定在0.253 A以內,且每次啟動都伴隨3U0波形的同步突變,與此同時,發(fā)變組系統(tǒng)三相電氣量全部處于對稱、正常狀態(tài)。故障錄波裝置中3U0未生成報文的原因是突變量啟動(5 V)及上限報警設定數(shù)值(5 V)偏大,靈敏度不夠。發(fā)電機定子零序電流I0突變量啟動時,機端3U0同步突變的典型數(shù)據(jù)如表1所示。

I0和3U0的多次突變量啟動,以及啟動后有效值是正常運行數(shù)值的2～3倍,說明發(fā)變組系統(tǒng)存在絕緣薄弱點；同時,因為突變量啟動發(fā)生在雨天,所以重點懷疑絕緣缺陷存在于主廠房外露天布置的主變低壓側封閉母線上。電廠方計劃向調度申報停機檢修,對絕緣缺陷進行處理。

2 缺陷查找與處理

5月4日,突遇2號機鍋爐內部發(fā)生爆管,電廠方向調度申請停機檢修,發(fā)電機解列、出口斷路器斷開,主變壓器、高壓廠變壓器繼續(xù)掛網運行,鍋爐與發(fā)變組同步開展檢修工作。

當發(fā)電機停運后,故障錄波裝置中實現(xiàn)發(fā)變組系統(tǒng)絕緣監(jiān)視的電氣量I0與3U0退出運行,發(fā)變組系統(tǒng)失去絕緣監(jiān)視。為了進一步判斷是否為主變側封母的絕緣缺陷,電氣專業(yè)組將主變接地保護開口電壓(圖1中4YH)3U0接入故障錄波。根據(jù)發(fā)電機機端3U0的突變量經驗,將主變壓器3U0突變量設定為0.8 V、上限設定為2 V。5月5日7時57分28秒156毫秒,主變壓器低壓側3U0報突變量啟動、上限啟動,相關數(shù)據(jù)記錄如表2所示。

表2 主變壓器低壓側3U 0數(shù)據(jù) V

表2顯示主變壓器低壓側封母存在絕緣薄弱點。表1與表2中3U0的數(shù)據(jù)差異是因為發(fā)電機GCB斷開后,發(fā)變組系統(tǒng)對地分布電容發(fā)生了改變。

因故障現(xiàn)象依然存在,電廠方向調度申請停運主變,進行發(fā)變組間封閉母線及其他電氣連接元件的全面檢查。

該電廠發(fā)電組離相封閉母線載流導體采用3個呈120°對稱排列的支持絕緣子固定安裝在封母外殼上,每間隔一段距離,設置一組不飽和聚酯玻璃纖維材質的支持絕緣子,支持絕緣子結構如圖3所示。

圖3 支持絕緣子(單位:mm)

拆下支持絕緣子,發(fā)現(xiàn)主變壓器側封母絕緣子表面臟污嚴重,如圖4所示。采用2 500 V兆歐表測量絕緣,測得大量絕緣子絕緣值較低,部分絕緣子絕緣值甚至接近于0。發(fā)電機側主封母絕緣子未發(fā)現(xiàn)絕緣不合格的情況,這也與發(fā)電機側封母處于室內良好的運行環(huán)境直接相關。

圖4 支持絕緣子清潔前后對比

對每一套絕緣子進行清潔處理、更換密封墊,并在試驗合格后,完成復裝工作；全面檢查除封閉母線外的其他電氣連接件,未發(fā)現(xiàn)缺陷。檢修結束,主變壓器送電,故障錄波中,主變壓器低壓側3U0沒有再次發(fā)生上限及突變量的啟動；發(fā)電機并網運行至今,未發(fā)生發(fā)電機I0、3U0及主變壓器側3U0突變量及上限啟動的現(xiàn)象。

3 原因分析

經過缺陷分析及停機檢修,確定I0和3U0突變量啟動的原因是主變側封母存在絕緣缺陷,其中的根本原因是封母絕緣子氯丁橡膠密封墊老化破損,雨天時,外部潮氣、鹽霧及浮塵沿縫隙緩慢滲入絕緣子表面,導致絕緣性能下降,并間隙性產生輕微泄露電流,使故障錄波裝置中電流及電壓突變量達到設定的整定值,從而引起故障錄波啟動。

氯丁橡膠密封墊貯存期為7年[3]；在紫外線光照熱老化形式下,使用壽命為6年[4]；在濕熱老化形式下,使用壽命為4年[4]。該電廠地處廣東南邊,臨海而建,環(huán)境濕熱,日曬、紫外線強烈,絕緣子橡膠密封墊自然老化速度較快。

4 結束語

本次發(fā)變組離相封閉母線絕緣缺陷的及時發(fā)現(xiàn)及處理,消除了發(fā)電機發(fā)生單相接地故障進而發(fā)展成兩相短路故障的隱患,因此,做好發(fā)變組系統(tǒng)的絕緣監(jiān)視工作尤為重要。結合本次發(fā)電組離相封閉母線絕緣缺陷處理經驗,提出如下建議:

a.將發(fā)電機出口裝設斷路器的主變壓器低壓側3U0接入故障錄波,有利于與發(fā)電機機端3U0進行數(shù)據(jù)對比,且在主變單獨掛網運行時不失去絕緣監(jiān)視。

b.記錄I0與3U0正常運行時的數(shù)據(jù),在突變量或上限啟動時,有利于通過數(shù)據(jù)對比,判斷缺陷的嚴重程度。

c.設定合理的I0與3U0突變量及上限啟動值,增加靈敏度,有利于快速發(fā)現(xiàn)缺陷。

d.根據(jù)項目地理位置,定期進行封母橡膠密封墊的檢查,并根據(jù)檢查情況進行密封墊的更換。