2号主变低压封母检查分析暨综合治理方案

2号主变低压封母检查分析暨综合治理方案

周治民

广东惠州平海发电厂有限公司 广东 惠州 516000

摘要：针对一起2号发电机出口零序电压异常波动，发电机出口封母（主变低压封母）绝缘低，影响机组安全运行，利用机组调停机会进行了故障定位和原因分析，通过分析确定，封母支撑绝缘子法兰紧固螺栓锈蚀、支撑绝缘子法兰密封件失效、大气中的水分侵入封母后造成绝缘子受潮和盐雾污染，绝缘子绝缘性能降低，局部爬电并出现片间击穿现象，同时现有封母空气干燥装置驱潮效果不佳造成机组运行中外界环境发生变化引起零序电压保护频繁启动。通过针对性地提出了整改措施和处理方案，检修人员对2号主变低压封母的检查和更换绝缘子，提高了封母的绝缘强度，确保了机组安全稳定运行。

关键词：零序电压；支持绝缘；爬电现象；盐雾污染

一、概述

广东惠州平海发电厂规划容量为6×1000MW超超临界燃煤机组，一期工程建设2台1000MW机组，是广东省单机容量最大的火力发电厂，也是粤电集团的首台1000MW投产机组。平海电厂1、2号机组的建成，从很大程度上对广东省社会、经济发展产生巨大的推动作用，电源结构产得到了优化。

广东惠州平海发电厂一期工程电气主接线系统采用两个完整串的3/2交叉接线方式，1、2号发变组及两回出线交叉接入500kV系统。发电机是上海汽轮发电机有限公司引进德国西门子公司技术生产的THDF 125/67型三相同步汽轮发电机，额定容量1112MVA，最大容量与汽轮机相匹配，额定输出功率1000MW，自并励静止可控硅整流励磁系统，其出口电压为27kV。发电机冷却方式为水-氢-氢，即定子绕组水内冷、转子绕组氢内冷、定子铁芯氢冷。

发电机出口开关（GCB）选用有ABB公司生产的HEC-8型，为户内型、金属封闭、风冷、水平布置、SF6气体绝缘，采用了三相机械联动液压弹簧操作机构。发电机出口开关采用集装布置，内部自带出口隔离刀闸、接地刀闸，在发电机停运及检修时与系统进行隔离。出口隔离刀闸和出口开关串联并位于同一防护罩内，断口有独立冷却风机，使用三相联动的电动操作机构，可远方和就地电动操作。调试或紧急情况下可进行手动操作。

主变压器采用三个单相双绕组无励磁调压变压器，其规范为3×380MVA/500kV，525/±2×2.5%/27kV，接线组别为YN，d11, 短路阻抗为Ud=15%，其冷却形式为ODAF（强迫油循环风冷），无载调压。

发电机封母干燥装置和6kV小离相封母干燥装置均是ZG45-Ⅱ型封闭母线空气循环干燥装置。干燥装置采用大流量空气闭式循环干燥方式，对母线内空气循环不断地进行干燥，可使母线内湿度保持很低的水平。干燥装置采用精密温度传感器，实时监测加热桶内以及排湿气口的温度，并在触摸屏上显示，观察方便。并通过设定上、下限，自动控制加热器的启停。干燥装置采用分子筛作吸附剂，吸湿能力强，使用寿命长。

二、事件概况

2016年4月14日，特大暴雨突袭广东省粤东片区，暴雨过后，平海电厂设备部电气分部立即组织了全厂电气设备的防雨防潮专项检查。继保班在设备巡检时，通过对2号发电机故障录波几十条记录的仔细检查分析，发现2号发电机出口零序电压异常启动，随即将相关检查情况汇报了部门领导，并组织继保班、电气专业组主要技术骨干针对发现的问题进行了专项分析和讨论。

发电机零序电压反映的是发电机及出口母线的绝缘情况（含发电机定子及出口、主变低压侧、高厂变高压侧、励磁变高压侧、发电机PT等一次回路），零序电压（即发电机定子接地保护）达到10%额定电压（即10V）时延时0.5秒跳开发电机。根据2号发变组故障录波启动情况（详见图3），零序电压最大3.9V，零序电流0.2A。

2 号发电机零序电压启动次数如下：2016年4月14日启动8次，2016年4月16日启动3次，4月25日启动3次，5月2日启动3次，5月3日启动一次。从录波情况看，零序电压在逐步劣化。如图1所示：

三、原因分析

从检查的情况来看，发电机故障录波启动时A、B两相电压略有升高，C相电压略有降低，初步判断2号发电机C相存在疑似轻微接地故障。

产生零序电压的几种情况如下：

1. 
   

2. 发电机定子绕组有接地；

3. 发电机出口母线、主变低压侧、高厂变高压侧、励磁变高压侧有接地；

4. 发电机1PT、2PT、3PT一次侧有接地；

5. 主变低压侧4PT有接地故障；

6. 主变高压侧零序电压通过主变电容耦合至主变低压侧；

7. 高厂变低压侧零序电压通过高厂变电容耦合至主变低压侧；

8. 二次回路异常引起。

第1、2、4条需将2号发电机、2号主变停电检查处理；第3条2号发电机1PT、2PT、3PT通过打开PT柜门检查未见异常现象；第5、6条通过对主变高压侧电压、高厂变低压侧电压进行分析均未发现有异常现象，从理论计算，只有主变高压侧单相全接地或6KV全接地才能在发电机产生3V以上的零序电压，因此，排除5、6项；

第
7条，通过在故障时零序电压、零序电流同时产生以及不同源的电压分析，排除二次回路异常引起零序电压情况。通过分析一致认为发电机及出口、主变低压侧、高厂变高压侧、励磁变高压侧、4PT为重点检查对象。如图2所示：

图2. 疑似故障区域

四、隐患排查

当时1号机组处于调停状态，2号机组处于单机运行状态，鉴于2号发电机零序电压值较小，启动时间较短（最长时长80ms），立即将2号机发电机零序电压列入重点检查对象，并制定了隐患排查措施。每日两次巡检，密切监视零序电压变化情况，一旦加速劣化将向公司领导建议申请停机检查。

2016年5月3日2号机组调停，电气专业立即按照分析所列的项目启动了对2号发电机零序电压异常的故障原因查找。在2号主变尚未停运前将4PT开口三角电压接入了故障录波装置，从故障录波监视发现2号主变低压侧零序电压突变现象仍然存在。在完成对2号发电机定转子及励磁回路、励磁变、发电机出口PT的排查并确认正常后，将故障区域缩小到主变低压侧。通过对4PT及2号发电机GCB至主变低压侧封母的试验及检测，最终确认故障点为主变低压侧4PT 的C相，检修人员立即对其进行了更换，并对C相36个绝缘损坏的绝缘子进行了更换。同时对A、B相绝缘子做了部分抽检。由于2号主变送电时间紧迫，尚未完成全部绝缘子的排查工作，待有检修窗口再进行进一步检查。如表1所示：

2 016日5月20日，2号主变恢复送电，送电后电气专业人员对主变低压侧零序电压录波进行了观察和分析，零序电压及幅值均正常。详见图4。

图3. 主变低压侧零序电压异常时的录波图

图 4.主变低压侧零序电压正常时的录波图

五、检查过程中发现的问题及处理措施

1、对2号发电机出口3组PT及GCB内的1组PT分别进行三倍频感应耐压试验，其中2PT4 C相在进行感应耐压后绝缘降至25MΩ，维持一段时间后又恢复至800MΩ，初步怀疑该PT内部存在绝缘缺陷，目前已更换合格的备件。鉴于我厂GCB曾出现过PT绝缘故障引起定子接地保护动作的情况，需立项对故障的PT进行详细检测，以确认该型号PT是否存在可能影响机组稳定运行的家族式绝缘缺陷。

2、检查2号主封母C相CT本体位置，发现该处封母底部内壳上有一条约10cm长的铁丝和两条长度相近的焊丝残留，如图5所示。此为2号机组工程建设期间安装遗留问题，此现象暴露出2号机组在隐蔽工程的安装方面存在质量缺陷，且监督和检查不到位，此类问题为机组的安全运行埋下了隐患，需要对封母内部进行全面检查并清理，考虑检查的工程量大，需要立项实施，目前暂且对检查位置进行了清理。

图5.主封母C相CT位置

3、2B高厂变的小离相分支封母C相顶部绝缘子法兰螺栓锈蚀严重，部分密封件失效，封母内部积潮和凝露现象严重，封母顶部部分绝缘子有爬电现象，且多数绝缘子受到盐雾污染，如图6所示：

图6.导体和绝缘子检查情况

从现场对绝缘子的检查情况来看，部分绝缘子的爬电现象已经很严重，结合机组停运前的零序电压和零序电流数据来看，如果放电现象继续，绝缘遭到进一步的破坏，肯定会造成2号机组非计划停运。

具体的原因分析及应对措施：

（1）封母支撑绝缘子法兰紧固螺栓锈蚀。封母原配螺栓为碳钢材质，硬度较高，但基本不具备耐腐蚀性能，从现场检查的情况来看，主封母厂变分支顶部绝缘子法兰位置的紧固螺栓存在大量锈蚀情况，严重威胁封母密封。封母主分支由于顶部安装有遮阳棚，未见锈蚀现象。目前对厂变分支封母顶部法兰进行了除锈，并采用防水喷雾剂对螺孔缝隙和法兰结合面进行密封。同时计划采购316L或304不锈钢材质的紧固螺栓对现有的碳钢螺栓进行更换。

（2）支撑绝缘子法兰密封件失效。通过对比现安装的密封圈和新购备件，发现现装密封圈开孔尺寸偏小，紧固螺栓时造成螺孔附近橡胶变形，从而引起密封不严。

如图7所示：

图7.新购密封件与现装密封件的对比

目前对本次开孔检查过的绝缘子密封件全部进行了更换。

（3）大气中的水分侵入封母后造成绝缘子受潮和盐雾污染，绝缘子绝缘性能降低，局部爬电并出现片间击穿现象，如图6所示。目前对2B高厂变的小离相分支封母C相内部绝缘子全部拆出来进行详细检查，对有爬电现象的绝缘子进行更换，对其余绝缘子表面用清水清洁晾干，并用摇表测量绝缘电阻值合格后回装继续使用。

（4）现有封母空气干燥装置驱潮效果不佳。主要原因为封母整体气密性差，干燥气体难以形成封闭式的内部循环。同时干燥装置内分子筛吸附剂经过长期反复吸湿和加热干燥后部分已失效，驱潮效果非常有限。目前检测空气干燥装置出风湿度合格，继续投入运行。同时需采购分子筛吸附剂进行更换。

六、工作总结及综合治理方案

1、本次封母检查确认的绝缘薄弱点在2B高厂变的小离相分支封母C相，经过处理后绝缘恢复正常，2号主变也已正常投入运行。而本次暴露出来的2号机组工程建设安装遗留问题及绝缘子法兰密封缺陷可能是普遍现象。由于主变停电需要向调度申请，每年的停运机会十分有限，故计划对1、2号机组主封母立项进行集中性的全面大修，包括封母内部导体及腔室的清洁，绝缘子法兰紧固螺栓和密封件更换，对所有的支撑绝缘子进行清洁，更换有缺陷的绝缘子，检修完成后进行封母整体的气密试验和电气预防性试验。

2、在检查发现封母内部有积潮和凝露的情况下，采用热风机对封母进行驱潮，总共耗费约8天时间才将封母内部潮气祛除，工期太长。从本次处理过程发现现有的热风机数量不能满足紧急处理封母绝缘的需求，故计划增购两台大功率热风机，用于紧急情况下电气设备的绝缘集中处理。

3、封母积潮是一个长期过程，巡检不到位而未及时处理，是导致封母内潮气聚集直至绝缘子放电的一个重要因素。现有的外部监测手段仅能通过在地面使用红外成像仪测量封母温度，定期对封母进行地基沉降观测，无法观察到位于高空中的封母顶部外观情况。故计划采购一台小型升降机，辅助现有的监测手段以加强封母整体的巡检质量，同时在变压器有短时停运机会时，可以更有效率地对封母内部情况进行抽检，即时掌握其运行状况。在进行户外绝缘子设备相关工作时（如试验、挂地线、检修后的质量验收等），使用升降车代替钢架子管更有利于保护设备和人身安全。

4、改善空气干燥装置的运行效果。排查公司现有的所有空气干燥装置，更换所有封母空气干燥装置内失效的分子筛吸附剂，确保装置除湿效果。

5、将主变和高厂变套管升高座内常开的排水孔用316L或304不锈钢材质的管引接到地面，加装阀门，正常运行时关闭，定期检查管内是否有积水。以确保封母整体的密封。

6、将1号主变低压侧4PT开口三角电压也接入故障录波装置，实时监测1号主封母主变低压侧零序电压数据。梳理有关数据，整理成模块镶嵌入数字化电厂作为检测及分析手段。