降低水电站发电机中性点电流互感器故障率应用分析
刘江
摘要：大型发电机电流互感器损坏事故时有发生。针对水电站发生发电机中性点电流互感器损坏事故，提出了要因分析3个步骤，找出了事故原因。分析结果表明：通过试验验证，调整三相电流互感器布置，可有效降低电流互感器故障率。研究成果可为其他工程提供借鉴。
关键词：电流互感器故障;事故调查;发电机;水电站
中图法分类号：TM452文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2021.06.013
文章编号：1006 - 0081（2021）06 - 0063 - 03
1 研究背景
大型发电机电流互感器（以下简称“CT”）一般都运行在较强的电磁环境中。为保证CT精度，除CT二次绕组外，采取绕组屏蔽措施替代金属屏蔽。定子组中性点A相、B相CT 距离大电流铜环很近，导致CT所处位置的杂散磁场非常强，外界强大的交变磁场必然使CT的屏蔽绕组感应出很大电流，如果该电流超过屏蔽绕组的承受力，就会造成屏蔽绕组严重发热甚至CT损坏[1]。同时，机组的运行操作、检修方式不当，设备材料及其制造的缺陷也会造成运行过程中CT 损坏。
随着国内水电站大型发电机组的增加，CT 损坏事故时有发生，如何及时找准CT损坏的原因，采取正确的修复措施，降低CT的故障率，是水电站安全运行的重要课题。
某水电站装机5台，单机容量为60万kW，1～3号、4～5号发电机组分别由两个机组厂家供货，2009年全部机组发电。1～3号发电机组自2009年投运至2010年年底，前后发生4次发电机中性点CT损坏事故，甚至发生了机组甩负荷事件。因此，调查中性点CT故障频发问题发生原因，寻求解决降低发电机中性点CT故障率的方案十分必要。
由于发电机中性点CT故障多次造成发电机停机，对发电机组安全稳定运行产生不利影响。为彻底解决发电机组中性点CT经常发生故障的问题，并掌握发电机中性点引出线及CT布置的关键技术，结合该水电站发生的中性点CT发生故障的情况，将目标设定为降低水电站发电机中性点CT的故障率。
现场调查表明：该电站发电机中性点CT为机组生产商供货范围，5台机组运行2 a共发生4次中性点CT故障，CT年故障率为0.4次/台。按照设计运行要求，CT运行期间不发生故障，电站每5 a进行一次机组消缺大检修。通过检修，对CT进行各项检测试验，依据检修结果更换存在潜在故障的CT。要求5 a检修周期内不发生故障，5台机组的年故障率需降低至0.04次/台以下。
2 事故调查分析
按照设定目标，开展目标可行性分析，首先必须找出事故原因，再制定正确的技术措施。结合电站前后发生4次事故，按照3个步骤查找事故原因：①收集事故基本情况;②分析事故发生的主要原因;③进行必要的技术试验验证并确认。
2.1 事故基本情况
（1）第1次事故。3号机组不完全差动2保护动作，机组甩负荷，原因为3号发电机中性点第二分支B相CT相角差随负载的增大而产生偏移，A，B，C三相之间夹角不成120°，该相CT因励磁特性变差致使差流达到发电机不完全差动2动作定值，保护跳闸。
（2）第2次事故。1号发电机保护A柜发裂相横差CT断线、不完全差动1 CT断线，原因为1号发电机中性点第一分支B相CT相角差随负载增大而产生偏移，A，B，C三相之间夹角不成120°，致使差流达到发电机不完全差动1差流越限定值报警。
（3）第3次事故。1号发电机保护A柜发裂相横差CT断线、不完全差动2 CT断线，原因为1号发电机中性点第二分支B相CT相角差随负载的增大而产生偏移，A，B，C三相之间夹角不成120°，致使差流达到发电机不完全差动2差流越限定值报警。
（4）第4次事故。3号发电机保护A柜发裂相横差CT断线、不完全差动1CT断线，原因为3号发电机中性点第一分支B相CT相角差随负载的增大而产生偏移，A，B，C三相之间夹角不成120°，致使差流达到发电机不完全差动1差流越限定值报警。
互感器厂家对CT进行解剖，靠近铁芯处的1～2层漆包线表面绝缘漆包脱落，露出裸露铜线，层间绝缘及铁芯外包扎均已烧毁，发黑粉化。说明该CT内部已出现局部匝间及层间击穿现象。
2.2 事故原因分析
依据现状调查，对发电机中性点CT发生故障原因进行了仔细分析，认为发电机中性点CT故障率高，与CT绝缘设计不合理、CT磁屏蔽能力差，以及中性点电流引出线布置不合理等问题有关[2]。为进一步摸清中性点CT发生故障的主要原因，通过因果分析（图1），找出了7个末端原因，并制定了要因确认计划表，尝试找出其中的要因。
（1）末端因素1。电厂运行人员操作运行不当。电厂负责机组运行人员，学历均为大学本科以上，主要负责人参与工作均在15 a以上，并接受过电厂运行及检修维护方面教育，该发电集团下属多家发电厂，有完善的电厂运行规章制度。因此不存在电厂运行人员操作运行不当问题。
（2）末端因素2。CT绝缘不满足要求。该电站发电机额定电压为18 kV，CT额定电压也为18 kV，与发电机绝缘要求是匹配的;原针对发电机定子绕组内部短路故障的特点，进行发电机内部故障主保护配置方案的必选，最终方案经过多次技术讨论会确定，配置方案是合理的。因此CT设计及配置方案满足设计要求。确认该因素为非要因。
（3）末端因素3。CT无抗磁屏蔽能力。通过对损坏CT绕组线圈材料的分析，线圈采取了单屏蔽措施避免磁场的干扰，经供货厂家确认，该线圈确实采取了屏蔽措施，虽然目前CT最新产品已经有双屏蔽措施，抗干扰能力更强，但采取单屏蔽措施CT仍具有抗磁屏蔽能力[3]。因此，确认该因素为非要因。
（4）末端因素4。运行检修方法不當。该发电集团下属多家发电厂，运行管理经验丰富，有完善的电厂运行规章制度，与其他发电集团同类电站的运行检修规程比对，规章制度合理。确认该因素非要因。
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