一起电压互感器二次侧短路事件分析及思考

0引言

互感器是将电力系统的一次电流及一次电压变换成与其成正比的小电流及低电压,以供给测量仪表、继电保护及自动装置,并起到一、二次隔离作用的变换器。将电力系统的一次大电流变换成二次小电流的互感器叫电流互感器,而将一次高电压变换成二次低电压的互感器叫电压互感器[1]。电压互感器的作用是将电力系统的一次高电压转换成与其成比例的低电压,输入到继电保护、自动装置和测量仪表中[1—2]。在电力系统中,继电保护动作事件时有发生,本文介绍了一起电压互感器二次侧两点接地短路引起的发电机定子接地保护动作、电压互感器烧毁事件,并分析其动作原因及暴露的问题,提出防范措施。

1 故障概述

2020年9月1 日—10月20日,某火力发电厂2号机组A级检修,其间电气一次专业更换了发电机出口两组共6个单相电压互感器(简称PT),原PT厂家为大连第一互感器厂,新PT厂家为西门子,均选用电磁式PT,型号为VES 24—15。10月19日,为检查发电机出口PT更换后二次回路接线及二次侧电压相位的正确性,汽轮机冲转至3000 r/min定速后进行发电机PT核相试验与发电机空载试验。

11:58,在励磁间就地建压,并缓慢增磁,进行发电机零起升压试验,机端电压升至10%额定电压时,进行发电机PT核相试验,检查各组电压幅值、相位及开口三角电压幅值无问题后,继续缓慢升压至105%UN。

12:08,当发电机机端电压升至16 kV即80%UN时,灭磁开关跳闸;立即检查发变组保护动作情况,发现发变组保护A、B柜“跳闸”灯均亮,“定子零序电压高段”保护动作,即“定子接地保护动作”,保护启动时间为12:08:24.543,19720 ms后定子零序电压高段动作(表1),通知电气专业人员对发电机一次系统进行全面检查。

2 故障检查情况

事件发生后,电气专业人员现场检查发现2号发电机机端电压互感器附近有焦蝴味,将 各组PT拉 出 检查发现TV01 (用于发变组保护A套、励磁调节器A套)C相烧毁,外壳裂开,线圈外露(图1)。

进一步检查发现TV01 C相电压互感器根部接线端子排内侧开口三角绕组da端子接地螺丝未拆(图2),检查本次检修期间更换的其他5个电压互感器根部接线存在同样的问题,且存在发热情况,判断另5个电压互感器已不能继续使用,只是故障严重程度暂未达到短路烧毁的TV01 C相电压互感器的水平。

3 故障原因分析

3.1 原因分析

查阅设计图纸发现,2号发电机机端各组电压互感器二次侧接地点均在发电机出口电压互感器端子箱处接地,而此次检修期间更换电压互感器过程中TV01 C相PT根部接线端子排内侧开口三角绕组da端子接地螺丝未拆引起TV01 C相PT二次侧绕组两点接地短路,在发电机升压过程中烧毁,造成发电机中性点零序电压升高,达到“定子接地保护高段”定值,造成发变组保护A、B柜动作出口跳闸,保护动作正确。发电机机端电压升至10%额定电压进行PT核相时,由于只测量二次绕组电压幅值、相位及整个开口三角电压幅值,所以试验过程中未发现电压回路异常。

电压互感器是一个内阻极小的电压源,正常运行时负载阻抗很大[3],相当于开路状态,二次侧仅有很小的负载电流。二次电流I=U/Z,在二次电压一定的情况下,阻抗越小电流越大,当电压互感器二次侧短路时,二次回路阻抗接近为0,将产生很大的短路电流,会将电压互感器烧坏。所以,电压互感器的二次回路不能短路[1—2,4]。

3.2 电压互感器二次回路接地要求

在电力系统中应用的电压互感器,多为三绕组电压互感器。匝数多的绕组为一次绕组,有两个二次绕组,其一用于测量相电压或线电压,另一绕组用于测量零序电压。通常,将用于测量相电压或线电压的绕组叫二次绕组,另一绕组叫三次绕组。电压互感器二次及三次回路必须有一个接地点,其 目的是保护设备与人身安全。若无接地点,当PT一次对二次或三次之间的绝缘损坏时,一次的高电压将串至二次或三次回路中,危及人身及二次设备的安全。此外,一、二次间还存在分布电容,当二次回路没有接地时会感应出很高的电压,危及人身与设备安全[1]。

《防止电力生产事故的二十五项重点要求(2023版)》(以下简称“二十五项反措”)18.6.2.1要求“电流互感器或电压互感器的二次回路只能有一个接地点”[5]。电压互感器二次回路只允许有一个接地点[1—2,5—6],若有两个或多个接地点,当电力系统发生接地故障时,各个接地点之间的地电位相差很大,该电位差将叠加在电压互感器二次或三次回路上,使电压互感器二次或三次电压的幅值及相位发生变化,进而造成阻抗保护或方向保护误动或拒动。

3.3 故障处理情况

因TV01C相电压互感器烧毁,且本次A修期间一起更换的其他5个电压互感器已不能继续使用,对本次检修更换的6个电压互感器更换试验合格的备件,并完成二次回路接线、检查及核相工作。

3.4 暴露问题

1)电气一次专业。设备管理不到位,电压互感器更换后电气一次专业未向电气二次专业提供电压互感器说明书、接线图等相关资料,且未对电气二次专业人员技术交底。2)电气二次专业。电气二次专业人员只记录了电压互感器更换前后PT根部端子排外侧端子接线解线、接线情况,对更换后PT设备不熟悉,未关注内侧端子排接线情况及未拆的一颗螺丝可能对二次回路产生的影响。由于发电机出口PT在机组并网前几小时才推至运行位置,而机组检修过程中进行PT二次回路绝缘检查及直阻检查时,PT本体上二次接线航空插头与柜内航空插座是脱离的,所以在进行PT二次回路绝缘检查时未能及时发现PT二次绕组存在两点接地的隐患。

GB50150—2016《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》第10章10.0.3要求“测量绕组的绝缘电阻,应符合下列规定:应测量一次绕组对二次绕组及外壳、各二次绕组间及其对外壳的绝缘电阻,绝缘电阻值不宜低于1 000 MΩ”[7]。PT更换后投入运行前二次绕组本身对外壳不应存在接地情况,检修质检点验收把关不严,一级验收责任人保护班班长未有效履行验收职责,留有回路接线隐患,造成新更换的一个单相PT烧毁,其余5个单相PT损坏无法继续使用。庆幸的是,电压互感器二次侧两点接地短路在发电机空载试验过程中即机组并网前问题已暴露,尚未造成机组非停事件,同时由于在机组并网前提前开展试验,留出了时间富裕量,也未因试验中发电机出口PT损坏后更换备件延误机组并网时间。

3.5防范措施

1)电气一次专业。新设备更换后设备主体单位应对设备相关专业人员进行技术交底,及时提供说明书及图纸资料。2)电气二次专业。PT更换后投入运行前应根据规程要求检查二次绕组本身对外壳绝缘情况,并进行验收。规范二次回路检查作业标准,防止电压互感器二次回路绝缘检查及直阻检查后二次绕组存在两点接地问题。加强检修质量管理,严格执行质检点验收流程,各级验收人员各负其责,保证回路的可靠性,从而确保检修质量。高度重视保护二次回路检查工作,尤其是PT、CT二次回路接地点及电缆绝缘完好情况,认真开展技术监督要求检查项目及试验。基建或设备变更后,调试时为检验发电机电压互感器电压回路的完整性和准确性,需进行二次加压[8],测量电压互感器二次电压值和相序。通常二次加压时断开电压互感器二次空开,在空开下口加量,不通过电压互感器本体。为检验电压互感器本体,在条件允许情况下,可以带电压互感器本体进行加压。3)加强专业间沟通合作。设备应分工明确,杜绝分工模糊出现管理盲区,针对PT、CT等设备专业分界点,电气一次专业与电气二次专业应相互协作,加强专业间沟通联系,杜绝两不管情况产生管理盲区。

4 提高电气二次专业水平管理要点及注意事项

1)加强基建及技改设计阶段管理。加强图纸审核管理,杜绝出现设计阶段违反二十五项反措及行业规程条款的情况,从设计阶段杜绝隐患,避免设计遗留问题带来的整改费用。

2)加强基建或技改安装、调试、试验过程管控。设备安装过程中CT多点接地或电缆外绝缘皮损伤等二次回路方面的问题或隐患不易发现,建议将试验项目、内容与交接试验标准要求进行核对,确保不存在缺项、漏项情况,从而减少基建、技改遗留问题,提高基建、技改质量。二十五项反措18.3.1要求“应从保证设计、调试和验收质量的要求出发,合理确定新建、改建、扩建工程工期。工程调试应严格按照规程规定执行,不得为赶工期减少调试项 目,降低调试质量”[5]。

3)加强图纸资料等基础管理工作。收集好设备说明书、设计图纸,特别是继电器等小设备的说明书及图纸资料等,建立设备台账,设备变更、图纸变更履行变更手续,并做好台账、图纸变更记录,确保现场设备实际接线与图纸一致。二十五项反措18.3.2要求“新建、改建、扩建工程的相关设备投入运行后,施工(或调试)单位应及时提供完整的一、二次设备安装资料及调试报告,并应保证图纸与实际投入运行设备相符”[5]。

4)加强设备日常管理工作。班组人员每天认真开展系统设备巡视检查,杜绝走马观花式巡视检查,及时发现系统设备报警等问题并及时处理,提高设备可靠性。按计划认真开展线路保护、发变组保护、启备变保护等保护压板月度核对及差流检查定期工作,提高保护设备可靠性。

5)加强继电保护、励磁、电测及网络安全防护技术监督管理工作。发挥技术监督作用,认真执行保护定值变更审批制度,杜绝出现现场保护设备定值与定值单不符情况,防止“误碰、误整定、误接线”继电保护三误情况发生。认真对照学习专业相关规程规范、技术监督标准,开展技术监督自查及整改工作。同时,重视外部技术监督查评、安评查评问题整改工作。

6)加强检修质量管控。认真开展技术监督要求检查项目及试验,认真完成保护整组传动工作,加强检修技改质检点验收管控,各级验收人员各负其责,严格执行验收流程,确保检修质量,实现“修必修好”目标。高度重视二次回路检查工作,尤其是CT、PT二次回路接地点及电缆绝缘完好情况。二十五项反措

18.6.2.1要求“电流互感器或电压互感器的二次回路只能有一个接地点”[5]。

7)重视班组员工技能培训。班长、专工、主管、专业主任等管理人员应定期组织并督促班组员工对系统设备原理、说明书、图纸等资料的学习及规程规定等资料的学习培训工作,开展专业技能比武等活动,不断提升专业技术人员技术水平及解决实际问题的能力。

8)积极组织开展隐患排查工作。组织学习行业内或系统内机组非停、非降案例,并组织开展针对性隐患排查工作,主动排查问题隐患并整改,杜绝隐患问题重复发生。

9)加强专业间沟通合作。设备应分工明确,杜绝分工模糊出现管理盲区,针对PT、CT等设备专业分界点,电气一次专业与电气二次专业应相互协作,杜绝两不管情况引起的管理盲区,打破专业界限,协同合作。

5 结束语

本文介绍了一起电压互感器二次侧两点接地短路引起的发电机定子接地保护动作、电压互感器烧毁事件,通过保护装置动作情况,结合现场设备检查情况,分析其动作原因及存在的管理技术问题,并提出针对性防范措施,有利于提高保护设备二次回路可靠性与机组运行安全性。

另外,结合工作经验与体会探讨了提高电气二次专业管理水平要点及注意事项,对于同类机组具有借鉴指导意义。

[参考文献]

[1]江苏省电力公司.电力系统继电保护原理与实用技术[M].北京:中国电力出版社,2006.

[2] 国家电力调度通信中心.国家电网公司继电保护培训教材[M].北京:中国电力出版社,2009.

[3] 国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答[M].2版.北京:中国电力出版社,2000.

[4]王朗珠,蒋燕.发电厂电气设备及运行[M].北京:中国电力出版社,2008.

[5] 国家能源局关于印发《防止电力生产事故的二十五项重点要求(2023版)》的通知:国能发安全 (2023〕22号[A].

[6] 继电保护和安全自动装置技术规程:GB/T 14285—2023[S].

[7] 电气装置安装工程电气设备交接试验标准:GB 50150—2016[S].

[8]张钢,周亚群,何信林.大型发电机组电气系统调试常见问题及其防范措施[J].电气技术,2018,19(5):67-70.

《机电信息》2025年第17期第18期