关于某核电站柴油发电机组电压不平衡的故障分析

管添益，周 园，张智禄，黄 鹏

（中国船舶集团有限公司第七0三研究所无锡分部，江苏 无锡 214000）

0 引 言

2018年12月，对某核电站低压大电流应急柴油发电机组进行100%、110%负载试验时发现，自动电压调节器（Automatic Vottage Regulactor，AVR）建压至200 V左右，开口三角形电压已超过15 V，发电机保护装置报定子接地故障，保护跳机。停机后，在不脱开发电机主出线情况下，对发电机定子进行绝缘测量，阻值均在100 MΩ以上。检查发电机综和保护装置7UM62故障记录，发现三相相电压值不一致，B相电压明显高于其余两相。为进一步确认发电机本体是否存在问题，打开发电机散热百叶窗，对发电机定转子直阻，旋转整流二极管进行了检测，测量值正常，无问题。

1 故障分析

为帮助故障分析，随即重新启动柴油电机组，除观察综保装置电压显示故障值外，利用专业录波设备对发电机输出电压进行全程录波。经波形分析，发电机三相对地电压幅值、相角、谐波含量均有问题，如图1所示。由于并未带载，考虑可能由电压互感器（Potential Transfor，PT）绕组故障导致，即测量故障。根据现场已有条件，为验证该故障可能性，组织进行了倒送电试验，倒送电时，变压器一次侧中性点为接地系统，结果发现仪表显示数值及电压波形均正常。

图1 发电机三相对地电压幅值、相角、谐波异常图

由此分析，PT绕组测量数值并无故障，由于该发电机组为中性点不接地系统，再次考虑原因可能为发电机中性点存在漂移现象（中性点对地电压不为0）。针对该问题，可使用中性点接地方式，使中性点电压强制为0，这样便可消除发电机中性点漂移，此时再看发电机相电压，即可判断到底是否为发电机本体问题。为确认该现象，试验小组决定再次起机，中性点通过接地柜接地后，为保证发电机组升压过程中电压无突变现象，对机组进行零电压逐步升压工作，通过专业录波设备发现，发电机相对地电压全程幅值均衡，相角正确。

结合上述现象，可排除发电机本体故障，进而考虑与一次电缆有连接的设备可能存在问题，如漏电流过大，电缆电容异常，发电机潮湿等。以上原因较易导致发电机中性点在未接地时存在对地电压，即中性点漂移现象。试验小组即刻使用介质损耗测试仪对相关电容进行检测，数据如表1～表4所示。

表1 发电机+主电缆+PT一次进线对地电容 单位：nF

表2 发电机+主电缆对地电容 单位：nF

表3 发电机对地电容 单位：nF

表4 主电缆对地电容 单位：nF

由以上数据可见，发电机电容平衡，主电缆电容有些异常。根据以往经验，主电缆电容异常，一般由涡流产生，此时重新布置电缆排列方式即可。为排除该故障，试验小组决定脱开发电机与其主电缆的连接螺栓，重新起机建压，观察机组电压是否可恢复为正常。结果发现电压不平衡的故障依旧，电压幅值、相角仍有问题，因此该现象也许促进了故障的发生，但并不是造成发电机中性点漂移的主因。

由于主电缆已脱开，考虑到与发电机出口母排相连的仅有电压互感器一次电缆，试验小组决定脱开电压互感器一次电缆，再次起机验证，逐步建压，确认故障点。

此时发现发电机中性点不再漂移，通过专业录波设备测量，显示发电机出口电压相角及幅值恢复正常，如图2所示。因此，确认故障点在电压互感器侧。

图2 发电机三相对地电压幅值、相角、谐波正常图

考虑到本系统中与一次母线相连的电压互感器共有3个，使用耐压测试仪，对每个电压互感器进行耐压试验，结果无异常。测量每个PT直阻，结果无异常。由于之前做过倒送电试验，PT测量也无问题。

由此分析，每个电压互感器本身无损坏，导致发电机中性点漂移的原因极有可能为电压互感器励磁特性不匹配。

为验证以上猜想，对上述电压互感器，检查一次侧电压值固定情况下通过一次绕组的励磁电流，结果如表5所示。

表5 一次侧电压值固定情况下的励磁电流

由此可见，励磁特性曲线确实不一致，B相相较于其他两相产生的励磁电流偏低。

针对以上试验结果，也可从理论角度进行分析。假设电压互感器为线性电感元件，此时若设每相电压互感器的感抗为Xa∶Xb∶Xc=4∶2∶1，则

由于

求得

与专业录波设备测量的图形所反馈的故障具有一致性。

另外，电压互感器中由于阻值很小，负载电流一般对输出电压的影响很小，由此可见，电压互感器励磁电流不同才是容易导致发电机组输出电压不平衡的主要原因。

2 结 论

由于电压互感器励磁特性不一致，对柴油发电机组来说，等于所带负载为不对称负载。另外，电压互感器一次侧接法为Y型连接，导致发电机在励磁分量上产生了零序分量，有了零序磁通，从而产生了零序感应电动势。由于三相电压互感器中零序励磁阻抗较大，因此产生了较大的零序感应电势。此时，叠加在正序的发电机出口电压上，使得励磁电流大的电压互感器分配的电压较小，励磁电流小的电压互感器分配的电压较大，最终导致输出电压不平衡。选择励磁特性相匹配的电压互感器，有利于避免该故障的发生。

通过以上试验及故障分析，建议相关互感器制造厂能够加强对材料的检验和工艺的改进，以确保配套使用的单相电压互感器励磁特性能够保持一致，也希望购买使用方尽量选择励磁特性一致的单相电压互感器来配套使用，否则对设备的正常使用将带来不必要的影响。