電氣試驗在電力系統中的應用

張國超

（國網吉林供電公司，吉林 松原 132000）

高壓電氣試驗是電力系統中檢測設備絕緣性能的一項重要方法，也是測試設備電氣參數的重要手段。但整個試驗過程往往會受到某些難以預見的因素影響，導致最終結果和實際數值之間產生差異，甚至出現和實際相悖的現象，從而影響結論的正確性。或者有時候電力系統測試返回值有所延時，難以將系統故障及時體現出來，導致設備帶故障運行，從而埋下一定安全隱患。由于整體測試結果不精確，原本合格的產品也可能會被判定成不合格，或本來存在故障的產品被判定為正常，從而造成一定損失。因此，極有必要對電氣試驗展開探究，確保試驗方法的有效性和可靠性。

1 常規的高壓電氣試驗方法

1.1 靜態試驗

靜態試驗主要是針對發電機組各側的保護開展。

1.1.1 發電機組的差動保護

機端與機尾選擇A相、B相和C相分別施加電流，并以輸入的電流值對制動特性斜率S進行計算。

Iop1為測點1的動作電流，Iop2為測點2的動作電流，Ires1為測點1的制動電流，Ires1為測點2的制動電流。

1.1.2 定子繞組匝間保護

通常情況下，大型發電機組往往會在繞組定子同一槽的上下條棒上產生同相但匝數不相同的配置[1]。一旦配置出現問題，就會產生匝間短路，由此發生重大事故。為此，發電機組往往都要實施匝間保護。

（1）模擬兩相短路。假設B相和C相短路，施加電壓值固定在87V，電流和電壓相位差成一個定值，合上開關K，這時保護回路應該有動作。繼續把面板指示燈復位，再將開關K斷開，保護回路也應該有動作，最后改變電流電壓相位差，重復以上步驟，找到工作臨界點。

（2）潛動試驗。一方面，可以是電壓潛動，即斷開電流回路，給兩端施加100V電壓，反復對開關K進行閉合和斷開；另一方面，也可以是電流潛動，即讓電壓回路斷接，應用10倍額定電流，反復對開關K進行閉合與斷開[2]。

1.1.3 TA 二次回路試驗

（1）遠方升流試驗。即給所有電力互感器根部增加1A三相電流，通過鉗型電流表對回路電流幅值及相序進行檢測，把得到的數值和保護面板中的數值進行比較，查看其誤差。再將三相電流增加2A，重復以上試驗步驟，查看誤差是否在技術要求之內。

（2）給保護裝置后加電流。即把1A的單相試驗電流接入發電機保護裝置后端子，一般為A端子，再對互感器根部電流進行測試。

1.1.4 定子接地保護

接線如圖1所示，Us為發電機端的零序電壓；Un為發電機中性點的零序電壓。實際試驗時，將基波電壓頻率在50±0.25Hz測試電源應用進來，一直到保護回路開始出現動作，并對具體數值進行記錄，確保整體誤差和技術要求相符合。

圖1 定子接地保護測試接線圖

1.2 啟動試驗

1.2.1 短路試驗

在開展該試驗時需短接發變機組，從而在短路狀態中，對機組性能進行測試，并把結果和出廠數據比對，查看機組是否處在正常運行狀態[3]。

首先，設置短路點。常規短路點以圖2所示的K1點為主。即將三相短路排安裝到機組輸出端，再切斷無關電路。

圖2 常規短路點設置圖

其次，展開試驗過程：先退出差動保護板，將復壓過流保護以及接地保護添加進去；將消磁開關閉合，使定子電流達到0.2A，如果這時回路斷開，出現放電或火花等，則要馬上斷開開關，找到引起的原因；使定子電流達到額定值，再馬上斷開，也就是將其置于0，需重點標注測試點的電壓和電流，最后得到短路曲線，并與出廠數據比較，查驗機組是否正常；使定子電流達到1A，分析差動保護回路正常與否，并對其中的電流互感器極性進行測定；將K1短路排拆掉，使其處在K3、K4點上；把發電機電流增大，測定電力系統中的有關電流回路，并分析保護回路是否有效[4]。

1.2.2 零負荷試驗

將發電機置于零負荷下，以明確空載特性，并對定子滅磁常數t進行測定。實際實施空載試驗時，回路當中電壓值最大不能大于機組輸出電壓的1.05倍。試驗內容如下：將機組周圍的全部保護回路開關閉合；將定子滅磁開關接入；在線監測全部的保護回路；記錄空載特性；在不接入負載的基礎上對定子滅磁時間進行檢測；關閉系統之后對機組殘余電壓和相序進行檢測[5]。

1.2.3 勵磁調節器動態試驗

讓發電機處于空載情形下，對回路進行檢測，自動獲得其調節性能量化數據，試驗內容如下：校驗機組電壓手動調節范圍；驗證機組手動和自動調節切換；在不接入負載的基礎上，檢查空載特征；檢測自動電壓調節性能；切換電壓手動和自動調節；校驗手動調節范圍；測試機組電壓調節頻率；在系統開機情形下實施動態試驗。

1.2.4 假同期試驗

開展該項試驗的主要目的是避免發電機在第一次帶負荷運轉的時候產生異常，避免試驗操作者因為自身操作不當或非同步閉合導致的故障。具體實施時要先使機組到兩母線的隔離開關處在斷開情況下，再將其中一個進行短接，以模擬同步。

2 常規試驗存在的不足

2.1 短路點設置困難

（1）缺乏校驗性。在常規試驗中，短路試驗并不能對全部保護方向的正確性進行驗證，這是由于機組短路排難以使高壓側電流互感器帶電。

（2）發電機出口不支持短路排安裝。當前市場中的很多大容量電廠，機組間的連線都缺乏連接斷點，線路都處在封閉狀態，這樣就無法找到短路點去安裝短路排。

（3）主變高壓側難以安裝短路排。目前市場中，很多電廠都是應用GIS技術，雖然整體集成度較高，但卻導致線路和出口都被封閉起來，主變高壓側難以安裝短路排，從而影響試驗展開。

2.2 難以顯示某些問題

（1）難以驗證差動保護方向。差動保護側處在不同位置，原先的二次電路在檢測時只能從一側接入，因此無法對二次接線進行驗證，只有采用短路試驗。但如果應用短路試驗，就需要應用十分復雜的設備，還要對回路中的所有保護裝置進行檢查，所以極易出現接線方向錯誤的現象。

（2）難以檢驗TV開口三角的接法。在電壓互感器當中，其開口三角的L相和N相都是由A相、B相和C相的二次接線相互組合起來的，所以實際試驗時往往會把A頭當作L相，把C尾當作N相，再把內部相互連接[6]。這種形式下，只要其中出現問題，就必須對整套機組進行重新啟動，而常規試驗方式難以檢測出這其中存在的問題。

2.3 成本投入高

在啟動試驗過程中，需要投入一定燃油，資源損耗大，成本高。同時一次試驗需要實施10-20h，一旦試驗不成功，還必須對其中進行徹底檢查和修正，從而增加試驗時間。

2.4 存在一定危險性

電氣試驗開展過程中需要使用大量設備，且操作過程復雜，工作量大，只要出現問題，就可能會引起無法修正的后果。其中最常見的危險性包括：

（1）觸電。一般是由試驗安全距離不足、靜電等引起的。

（2）誤操作。例如接線錯誤、加壓錯誤、回檢落實不到位等。

3 試驗方法改進策略

3.1 完善短路點設置

3.1.1 短路排安裝在機組出口開關或TA位置

使用該方法能使電流互感器的兩頭同時帶電，促使機組正常負載運行，且回路二次電流幅值相同，制動電流和一次電流值的大小相似，這時制動電流就會遠超差電流，從而檢測保護回路方向的正確與否。

3.1.2 使用接地刀閘

即放棄使用短路排，轉而應用接地刀閘，達到三線短路。

3.1.3 將接地刀閘和短路排組合應用

對于使用GIS的電廠，在對差動保護方向準確性進行驗證時，可以應用在主變壓器高壓側和GIS連接位置設定電路點的方式，將接地刀閘連接起來，并將其當作短路點。這時候雖然主變高壓側電流互感器被集成在內部，導致不能帶電，但這并不會給機組短路特性的記錄帶來影響。

3.2 優化保護回路試驗

為了優化TA布局帶來的問題，則可以應用TA一次回路施加小電流，讓全部TA帶電。

一是讓主變TA和發電機TA同時帶電。將主變母線的全部隔離開關斷開，再將＂380V＂三相交流測試電源接入，使彼此的中性點相互連接。之后再把其測試電源添加至主變高壓側，使電流流經各電流互感器。差動保護當中的全部TA都應該有較小的電流，并應在確保鉗型電流表檢測精確度的基礎上開展該試驗。

二是讓主變TA和高廠變TA同時帶電。將發電機母線和出口中性點完全斷開，再連接總線和高低壓變電站，將高廠變低壓側A和B分支三線連接起來。回路中將測試電源應用到主變高壓側，使電流流經各互感器，最后再使用鉗形電流表對差動保護方向進行檢測。

3.3 減少啟動試驗時間

為減少時間損耗，保證工作效率，在短路試驗時就應該開始準備母線，確保在試驗結束之后能馬上對母線進行操作，之后再對接發動機展開空載試驗等。在這期間，把空母線重新進行充電操作，結束后，母線就會處在帶電狀態，則可馬上進行同期試驗。

4 結論

在電力系統中，通過給電氣設備實施電氣試驗，不但能使整個系統運行過程得到高效監控，還能解決設備運行中產生帶故障運行等問題，減少故障產生頻次，降低經濟損失。同時，在該試驗作用下，還能對設備使用年限等做出準確檢測，確保設備后續得到充分應用，降低安全事故發生率。常規高壓電氣試驗受不可預見因素影響，往往難以準確體現試驗結果，所以還需科學設置短路點，改革保護回路試驗方法，以確保電力系統運行的可靠性。