于步亞，王 剛

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610051）

故障錄波數(shù)據(jù)在大型水電站電氣試驗(yàn)分析中的應(yīng)用

于步亞，王 剛

（雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川 成都 610051）

首先介紹了電廠故障錄波系統(tǒng)的配置和功能，針對發(fā)電機(jī)的電氣試驗(yàn)項(xiàng)目，研究了基于電氣設(shè)備試驗(yàn)時(shí)特征電氣量波形的錄制方案。結(jié)合實(shí)際錄波數(shù)據(jù)，重點(diǎn)分析了故障錄波在發(fā)電機(jī)升流試驗(yàn)、發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)中的應(yīng)用。希望可為使用同類型故障錄波裝置的電站在新機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電或者機(jī)組改造后進(jìn)行相關(guān)電氣試驗(yàn)項(xiàng)目時(shí)提供借鑒。

故障錄波；沖擊試驗(yàn)；升流試驗(yàn)；分析

1 概述

某大型水電站故障錄波系統(tǒng)由6臺ZH-2B型嵌入式發(fā)電機(jī)變壓器組故障錄波分析裝置、2臺ZH-3型嵌入式電力故障錄波分析裝置以及1套故障錄波信息子站組成，為武漢中元華電產(chǎn)品［1-2］。6臺ZH-2B型嵌入式發(fā)電機(jī)變壓器組故障錄波分析裝置分別實(shí)現(xiàn)對6臺發(fā)變組及其6 kV廠用電設(shè)備電壓、電流、開關(guān)量等的監(jiān)視、錄波，2臺ZH-3型嵌入式電力故障錄波分析裝置分別實(shí)現(xiàn)對5條500 kV送出線路及2條500 kV母線和500 kV開關(guān)及6 kVⅦ、Ⅷ段母線電壓、電流、開關(guān)量等的監(jiān)視、錄波。故障錄波信息子站由應(yīng)用工作站、數(shù)據(jù)通信服務(wù)器、工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī)、彩色激光打印機(jī)等組成。全廠故障錄波系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 全廠故障錄波系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

錄波數(shù)據(jù)的存儲是故障錄波系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)之一，錄波數(shù)據(jù)的安全、可靠存儲對專業(yè)技術(shù)人員有效提取數(shù)據(jù)進(jìn)行故障分析、評價(jià)保護(hù)動作情況、總結(jié)設(shè)備運(yùn)行規(guī)律具有重要意義。二灘電廠故障錄波系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)錄波數(shù)據(jù)同步四級存儲：第一級是將錄波數(shù)據(jù)存儲在DSP板載的大容量FLASH存儲器內(nèi)；第二級是將錄波數(shù)據(jù)存儲在32位嵌入式CPU板上配置的微硬盤內(nèi)；第三級存儲是將錄波數(shù)據(jù)存儲在管理機(jī)配置的大容量硬盤內(nèi)；第四級存儲是將錄波數(shù)據(jù)存儲在故障錄波信息子站數(shù)據(jù)通信服務(wù)器上，數(shù)據(jù)存儲示意圖如圖2所示。

圖2 故障錄波數(shù)據(jù)存儲示意圖

錄波數(shù)據(jù)的四級存儲大大提高了數(shù)據(jù)存儲的安全性與可靠性，并為數(shù)據(jù)查詢與提取提供了很大的方便。

2 錄波數(shù)據(jù)在電氣試驗(yàn)中的應(yīng)用

2.1 錄波數(shù)據(jù)在發(fā)電機(jī)升流試驗(yàn)分析中的應(yīng)用

2.1.1 發(fā)電機(jī)升流試驗(yàn)原理及意義

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子通常包括多個(gè)磁極繞組、繞組引線、阻尼繞組等，具有較大的轉(zhuǎn)動慣量。由于離心力的作用，在運(yùn)行中線匝絕緣的移動、轉(zhuǎn)子繞組端部的熱變形、線匝端部墊塊松動或護(hù)環(huán)絕緣襯墊老化，小的導(dǎo)電粒子或碎物進(jìn)入轉(zhuǎn)子線匝端部和轉(zhuǎn)子通風(fēng)溝等會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子繞組匝間短路。轉(zhuǎn)子繞組匝間短路會造成短路局部過熱、引起磁通的不對稱和轉(zhuǎn)子受力不平衡，從而引起轉(zhuǎn)子振動，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子接地故障發(fā)生。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，略去開槽造成的磁動勢的少許不連續(xù)，轉(zhuǎn)子磁動勢的空間分布近似為梯形。當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組存在匝間短路時(shí)，會導(dǎo)致短路磁極的磁動勢局部損失。由于轉(zhuǎn)子繞組短路后有效匝數(shù)減少，為了維持磁動勢的平衡，勵(lì)磁電流將會增加。因此，勵(lì)磁電流是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路一個(gè)重要的故障特征量［3-5］。

發(fā)電機(jī)升流試驗(yàn)即短路特性試驗(yàn)，是指在發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速下，定子繞組三相穩(wěn)態(tài)短路時(shí)得到定子繞組電流與轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電流的關(guān)系曲線的試驗(yàn)。在發(fā)電機(jī)三相短路時(shí)，其合成電勢只有漏抗壓降，所以對應(yīng)的氣隙合成磁通很小，其磁路處于不飽和狀態(tài)。因此，勵(lì)磁電流變化時(shí)，合成電勢和對應(yīng)的短路電流理論上成正比關(guān)系，所以，短路特性曲線是一條通過原點(diǎn)的直線。發(fā)電機(jī)短路特性試驗(yàn)作用主要有：

（1）檢查定子三相電流是否對稱。

（2）通過發(fā)電機(jī)短路特性試驗(yàn)可以檢查轉(zhuǎn)子是否有匝間短路，特別是檢查與轉(zhuǎn)速有關(guān)的不穩(wěn)定匝間短路。因?yàn)樵谝欢ㄞD(zhuǎn)速范圍內(nèi)短路電流與轉(zhuǎn)速無關(guān)，可以避免因轉(zhuǎn)速不同引起的測量誤差。因此，發(fā)電機(jī)升流試驗(yàn)對反映轉(zhuǎn)子繞組嚴(yán)重的匝間短路故障較空載特性靈敏。實(shí)踐證明，當(dāng)轉(zhuǎn)子繞組匝間短路匝數(shù)大于3%時(shí)，短路特性能靈敏的反映出來。

（3）通過短路特性試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合空載特性曲線可以求取發(fā)電機(jī)的一些重要參數(shù)。

2.1.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析

在試驗(yàn)過程中，應(yīng)監(jiān)視檢查發(fā)電機(jī)三相電流的對稱性及相位情況，當(dāng)出現(xiàn)幅值或相位異常時(shí)應(yīng)查明原因，必要時(shí)停機(jī)滅磁處理。試驗(yàn)結(jié)束后，故障錄波裝置能根據(jù)發(fā)電機(jī)定子電流、勵(lì)磁電流自動生成短路特性曲線，其中定子電流為三相電流平均值。

發(fā)電機(jī)短路試驗(yàn)曲線示意圖如圖3所示。

通過試驗(yàn)波形，可以看出發(fā)電機(jī)短路特性曲線是一條通過原點(diǎn)的直線。將短路特性試驗(yàn)曲線與發(fā)電機(jī)出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)或者歷年短路特性試驗(yàn)曲線相比較可以判斷發(fā)電機(jī)是否存在故障。試驗(yàn)過程中機(jī)端電流檢查可以看出，發(fā)電機(jī)定子電流三相對稱，幅值平衡，相位正確，三相不平衡度滿足要求。若三相電流不平衡，需結(jié)合不同CT電流測量值來判斷區(qū)分一次設(shè)備異常和二次設(shè)備異常，二次設(shè)備異常時(shí)應(yīng)重點(diǎn)檢查CT二次回路。

圖3 發(fā)電機(jī)短路特性試驗(yàn)曲線示意圖

表1 發(fā)電機(jī)升流過程機(jī)端電流檢查表

圖4 發(fā)電機(jī)升流過程中機(jī)端電流波形

如果短路特性曲線比歷史短路特性曲線有明顯降低，如圖5所示，則說明發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組存在匝間短路或勵(lì)磁回路有故障，需要進(jìn)行進(jìn)一步檢查處理。

圖5 發(fā)電機(jī)短路特性曲線對比示意圖

2.2 錄波數(shù)據(jù)在發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)分析中的應(yīng)用

2.2.1 發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)原理及意義

發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)是指在發(fā)電機(jī)以額定轉(zhuǎn)速空載運(yùn)行時(shí)，逐步增加勵(lì)磁，升至額定電壓的過程。試驗(yàn)過程反映定子電壓與勵(lì)磁電流之間的關(guān)系。通過發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)可以錄制發(fā)電機(jī)空載特性曲線，檢查發(fā)電機(jī)一次設(shè)備有無故障及絕緣狀況，檢查發(fā)電機(jī)電壓互感器接線的正確性。

2.2.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析

發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)曲線如圖6、7所示。

圖6 試驗(yàn)結(jié)束時(shí)原始空載特性曲線示意圖

圖7 發(fā)電機(jī)空載特性曲線擬合示意圖

發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)過程中機(jī)端電壓檢查結(jié)果如表2所示。

表2 發(fā)電機(jī)空載特性試驗(yàn)過程機(jī)端電壓檢查

發(fā)電機(jī)升壓過程中機(jī)端電壓波形如圖8所示。

圖8 發(fā)電機(jī)升壓過程中機(jī)端電壓波形圖

由發(fā)電機(jī)原始空載特性曲線可以看出，發(fā)電機(jī)空載特性呈現(xiàn)出磁滯曲線特征，即上升曲線稍低于下降曲線。通過曲線擬合可以得到發(fā)電機(jī)空載特性擬合曲線和方程，與發(fā)電機(jī)歷史空載特性曲線相比較，可以判斷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組是否發(fā)生短路故障。同時(shí)應(yīng)注意，受剩磁影響會使定子繞組存在殘壓，會使空載特性曲線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)。因此，應(yīng)對空載試驗(yàn)曲線進(jìn)行校正。

同時(shí)，根據(jù)發(fā)電機(jī)升壓過程中機(jī)端電壓監(jiān)視結(jié)果可以看出，發(fā)電機(jī)電壓三相對稱，幅值平衡，相位正確，三相不平衡度滿足要求。當(dāng)三相不平衡度超標(biāo)時(shí)，會產(chǎn)生較大的負(fù)序及零序分量，此時(shí)應(yīng)檢查電壓互感器及其回路接線。

另外，根據(jù)發(fā)電機(jī)短路特性曲線和校正后的空載特性曲線，可以計(jì)算得到同步發(fā)電機(jī)的短路比及同步電抗。例如，發(fā)電機(jī)短路特性曲線及空載特性曲線如圖9所示。

圖9 發(fā)電機(jī)特性曲線

圖9中3條線由下至上分別為短路特性曲線、空載特性曲線、氣隙線（即空載特性曲線直線部分的延長線）。

短路比是在發(fā)電機(jī)空載時(shí)使空載電勢為額定值時(shí)（不飽和值）的勵(lì)磁電流If0與發(fā)電機(jī)出口三相短路電流為額定值時(shí)的勵(lì)磁電流Ife之比，短路比的倒數(shù)即同步電抗Xd（不飽和值），即：

發(fā)電機(jī)空載電勢為額定值時(shí)（不飽和值）對應(yīng)的勵(lì)磁電流由氣隙線求得。

3 結(jié)語

故障錄波數(shù)據(jù)對于大型水電站在主變和發(fā)電機(jī)試驗(yàn)中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)主變和發(fā)電機(jī)是否出現(xiàn)異常，有利于設(shè)備安全、可靠運(yùn)行。

［1］武漢中元華電科技有限公司.ZH-3嵌入式電力故障錄波分析裝置技術(shù)說明書［Z］，2006.

［2］武漢中元華電科技有限公司.ZH-2B嵌入式發(fā)變組故障錄波分析裝置技術(shù)說明書［Z］，2006.

［3］羅志平，張旭寧.繼電保護(hù)現(xiàn)場試驗(yàn)存在的典型問題及試驗(yàn)方法探討［J］.電力自動化設(shè)備，2006，26（5）：96-99.

［4］葉軍偉.發(fā)電機(jī)短路特性試驗(yàn)分析［J］.科技廣場，2010（3）：203-205.

［5］任保瑞，趙 鋒，劉小改，等.勵(lì)磁涌流引起的變壓器差動保護(hù)誤動作分析及對策［J］.電網(wǎng)與清潔能源，2010（10）：6-9.

TV738

B

1672-5387（2016）07-0035-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.07.011

2016-04-22

于步亞（1984-），男，工程師，從事水電站運(yùn)行維護(hù)工作。