何 強(qiáng)，楊 烽，鐘健青，饒 蕾

(中國長江電力股份有限公司三峽水力發(fā)電廠，湖北 宜昌 443133)

某電站地下廠房裝有2臺由東方電機(jī)廠生產(chǎn)制造單機(jī)容量為700 MW的水輪發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)編號為27F、28F。發(fā)電機(jī)定子繞組為三相雙層波形繞組，定子繞組設(shè)計(jì)為每相5支路并聯(lián)。發(fā)電機(jī)定子繞組中性點(diǎn)由二分支中性點(diǎn)和三分支中性點(diǎn)并聯(lián)而成，設(shè)計(jì)有電流互感器，簡稱中性點(diǎn)二分支CT和中性點(diǎn)三分支CT[1]，分支銅排穿過中性點(diǎn)CT后經(jīng)接地變壓器的高電阻接地方式接地。

1 概 述

1.1 故障現(xiàn)象

該電站27F帶負(fù)荷運(yùn)行時，發(fā)電機(jī)差動保護(hù)報警，報警信息如下：①裂相差動TA斷線；②不完全差動1TA斷線；③不完全差動1差流報警。

1.2 故障檢查分析

27F發(fā)電機(jī)停機(jī)后，對27F發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)CT進(jìn)行現(xiàn)場檢查和試驗(yàn)，三分支B相CT的2S1-2S2繞組變比和勵磁特性不滿足規(guī)程要求，具體檢查和試驗(yàn)情況如下：

1)保護(hù)裝置采樣精度正常，電纜絕緣正常；

2)三分支B相CT的2S1-2S2繞組變比誤差為30%，超出標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，其勵磁特性也不滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。三分支B相CT的1S1-1S2繞組因測量過程中繞組阻值變化較大，輸出不穩(wěn)定，故變比和勵磁特性試驗(yàn)項(xiàng)目不能完成。

3)同時對二分支B相CT的兩個二次繞組也進(jìn)行了變比及勵磁特性試驗(yàn)，數(shù)據(jù)均滿足規(guī)程要求。

綜合分析，初步判斷該發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)三分支B相CT的2S1-2S2繞組存在匝間短路故障。

2 CT解體檢查

2.1 CT結(jié)構(gòu)

CT主要由鐵心、環(huán)氧樹脂材料、屏蔽繞組和工作繞組組成，屏蔽繞組在二次繞組內(nèi)側(cè)，如圖1所示。

在機(jī)組正常運(yùn)行時，每一相的CT都受到其他鄰近相的電流產(chǎn)生的磁場的影響，故每個CT的鐵心上都正交布置兩對屏蔽繞組，用來屏蔽各相電流的磁場影響[2]。

圖1 CT結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 CT解體前試驗(yàn)

2.2.1 直阻測量試驗(yàn)

對CT的兩個繞組進(jìn)行直阻測量，兩個繞組直阻測量無異常，測量數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 CT直阻測量數(shù)據(jù)表

2.2.2 準(zhǔn)確度試驗(yàn)

對CT兩個繞組進(jìn)行準(zhǔn)確度試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 繞組準(zhǔn)確度試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

繞組1S1-1S2試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格，繞組2S1-2S2試驗(yàn)時超出儀器測量范圍，無法測出數(shù)據(jù)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)不合格。

2.2.3 匝間過電壓試驗(yàn)

對CT兩個繞組進(jìn)行匝間過電壓試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 繞組匝間過電壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

繞組1S1-1S2試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格，繞組2S1-2S2試驗(yàn)數(shù)據(jù)不合格。

2.2.4 勵磁特性試驗(yàn)

1)1S1-1S2繞組勵磁特性試驗(yàn)。1S1-1S2繞組勵磁特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表4所示，勵磁特性曲線如圖2所示，試驗(yàn)合格。

表4 1S1-1S2繞組勵磁特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

圖2 1S1-1S2繞組勵磁特性曲線圖

2)2S1-2S2繞組勵磁特性試驗(yàn)。2S1-2S2繞組在施加勵磁電流0.1 A時電壓值為2 000 V左右，試驗(yàn)數(shù)據(jù)不合格。

通過試驗(yàn)判斷2S1-2S2繞組匝間短路。

2.3 CT解體

2.3.1 CT 2S1-2S2繞組解體

1)最外層絕緣材料良好，匝間絕緣材料和漆包線外觀均良好，如圖3所示。

圖3 2S1-2S2繞組解體圖

2)里層絕緣材料老化現(xiàn)象明顯，越往里層，老化現(xiàn)象越嚴(yán)重，如圖4所示。

圖4 不同程度的老化圖

3)鐵心外部絕緣材料出現(xiàn)碳化，漆包線出現(xiàn)漆皮掉落現(xiàn)象，如圖5所示。

圖5 鐵心碳化圖

2.3.2 CT 1S1-1S2繞組解體

為了對比，對試驗(yàn)合格的1S1-1S2繞組作解體。

1)外面幾層絕緣材料和二次繞組外觀良好，如圖6所示。

2)越靠近鐵心層間絕緣老化越嚴(yán)重，鐵心外絕緣材料碳化，如圖7所示。

圖6 1S1-1S2繞組外觀良好圖

圖7 1S1-1S2絕緣老化及鐵心碳化圖

經(jīng)解剖兩個繞組，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象相似：外觀良好，外面幾層繞組絕緣完好，越靠近鐵心，絕緣材料老化越嚴(yán)重，只是2S1-2S2繞組的屏蔽繞組漆包線部分漆皮老化嚴(yán)重，有脫落現(xiàn)象，而1S1-1S2繞組無漆包線漆皮脫落現(xiàn)象。

3 CT故障原因

造成CT匝間短路的原因主要包括[3-4]：

1)相間CT間距過?。?/p>

2)外部運(yùn)行環(huán)境過高；

3)CT通風(fēng)散熱能力不足；

4)CT本身制造工藝問題。

該發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)CT匝間短路原因主要為相間距不滿足要求。CT設(shè)計(jì)的邊界條件為一次導(dǎo)體相間距≥1 300 mm，一次返回導(dǎo)體與CT距離≥500 mm，從該發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)CT現(xiàn)場安裝位置來看，不滿足一次導(dǎo)體相間距≥1 300 mm要求。

若CT現(xiàn)場安裝距離小于設(shè)計(jì)邊界值，則鄰相產(chǎn)生的雜散磁場強(qiáng)度會超過CT屏蔽繞組的承受能力，尤其是B相CT，A、C兩相產(chǎn)生的磁場在B相疊加，可用1.732倍來粗略分析[5]，加上B相本身的感應(yīng)，使B相CT產(chǎn)生磁飽和，形成較強(qiáng)的磁滯損耗[6]，導(dǎo)致屏蔽繞組超負(fù)荷工作，屏蔽繞組溫升升高。若屏蔽繞組長期處于高溫狀態(tài)下工作，會逐漸導(dǎo)致CT匝間絕緣損壞，造成匝間短路，縮短CT使用壽命。

4 改進(jìn)方法

為滿足當(dāng)前的CT工況要求為前提，保持原有CT安裝方式不變，采用增強(qiáng)型CT，通過增加屏蔽繞組的導(dǎo)線截面，降低電流密度，提高CT本身屏蔽能力，將屏蔽繞組繞制方式由內(nèi)側(cè)調(diào)整至二次繞組外側(cè)，增強(qiáng)了繞組散熱能力，降低屏蔽繞組的溫升，從而降低CT的溫升，以確保機(jī)組的安全運(yùn)行。增強(qiáng)型CT結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 增強(qiáng)型CT結(jié)構(gòu)圖

將該機(jī)組發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)CT全部更換為增強(qiáng)型CT，定期對該機(jī)組中性點(diǎn)CT進(jìn)行溫度監(jiān)測，監(jiān)測趨勢圖如圖9所示，中性點(diǎn)CT運(yùn)行情況良好。

5 結(jié) 語

發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)CT在設(shè)計(jì)時對安裝條件有了明確要求，然而發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)CT在安裝時未按邊界條件執(zhí)行，使CT的運(yùn)行性能受到影響，造成CT發(fā)生匝間短路故障。在保持原有CT安裝方式不變的前提下，本文介紹了一種增強(qiáng)型CT，將屏蔽繞組繞制方式由內(nèi)側(cè)調(diào)整至二次繞組外側(cè)，不僅降低了CT的溫升，也便于人員對CT進(jìn)行溫度監(jiān)測，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖9 中性點(diǎn)CT溫度監(jiān)測趨勢圖