垃圾焚烧发电厂电气设备交流耐压试验中的跳闸问题分析

引言

近年来我国生活垃圾焚烧发电厂的建设快速发展,作为垃圾清洁化处理的方式之一,垃圾焚烧发电因无害化、减量化、资源化程度高,且具有处理速度快、环境影响小、余热可转化成能源等优势,已成为我国城市生活垃圾处理的首选方式[1]。垃圾焚烧发电已经逐渐成为新型城镇化建设、城市生态文明建设的重要手段和措施,在城市生态环境保护、资源综合利用和可再生能源发展中发挥着重要作用。截至2018年初,全国已投运的生活垃圾焚烧发电厂达360座,年垃圾处理量超过1.05亿t,总装机容量超过680万kw,年发电量超过350亿kw·h。全面提升我国垃圾焚烧发电厂的安全运行维护水平,推动垃圾焚烧发电行业健康可持续发展已成为垃圾焚烧发电行业的重要发展方向之一。当前,我国垃圾焚烧发电厂设备系统运行的安全性、稳定性、经济性以及达标排放问题得到了高度关注。其中运行安全性是行业对垃圾焚烧发电厂进行绩效考核的首要考核指标。

1垃圾焚烧发电厂交流耐压试验的必要性

1.1交流耐压试验原理

电力设备在运行过程中,其绝缘长期因受电场、温度和机械振动作用的影响逐渐劣化,包括整体劣化和部分劣化,进而形成缺陷。交流耐压试验是鉴定电力设备绝缘强度最有效、最直接的方法,是预防性试验的一项重要内容[2]。此外,由于交流耐压试验电压一般比运行电压高,通过试验后,设备有较大的安全裕度,因此交流耐压试验是保证电力设备安全运行的一种重要手段。交流耐压试验系统设备一般由调压器、试验变压器、电流电压继电器、保护电阻、放电管以及相应测量设备组成,它通常是成套装置,包括控制和调压装置。交流电源通过开关接入,并经过调压器以及试验变压器升到试验电压,用来检测被测设备的绝缘水平。

1.2交流耐压试验的必要性

根据相关国家规范及行业标准,对于新安装的电气设备及电气设备大修后都要按照规定进行相关电气设备试验,其中包括交流耐压试验,尤其是在电力行业,如发电厂。实践证明,在发电厂电气设备投入使用之前,对电力电气设备进行预防性检测试验是必不可少的环节。当前我国每年都有多个新建成的垃圾焚烧发电厂投运。与常规火力发电厂不同,垃圾焚烧发电厂装机容量小,单厂装机总量以25~60Mw居多,一般小于100Mw,虽与火力发电厂相比垃圾焚烧发电厂发电不多,但对城市生活垃圾的无害化处理发挥着重要作用。垃圾焚烧发电厂每年有一个月的停炉检修期,一旦停炉,就会影响所服务区域的生活垃圾处置,此时生活垃圾会送入填埋场应急处置。然而,全国各大城市很多垃圾填埋场库容存在很大压力,故需保证停炉大修后的垃圾焚烧发电厂能安全稳定运行,使所服务区域的生活垃圾处置尽快步入正轨。

垃圾焚烧发电厂有很多电气设备,如高低压配电柜、变频柜、变压器等,电气设备大修后需按照规定进行相关电气设备试验,交流耐压试验是鉴定电力设备绝缘强度最有效和最直接的方法,是预防性试验的一项重要内容。通过交流耐压试验能够有效发现电气设备局部游离性缺陷和绝缘老化的缺陷,尤其是对集中性绝缘缺陷的检查更为有效,可以鉴定电气设备的耐压强度,进而及时掌握电气设备绝缘状况,并有针对性地对电气设备进行检修维护,消除上述缺陷,以提高垃圾焚烧发电厂电力电气设备运行的可靠性。因此,对垃圾焚烧发电机组的安装调试以及电气设备大修后进行交流耐压试验十分必要。

2开展交流耐压试验对试验设备的要求

2.1对调压设备的要求

调压设备应能顺畅地调节电压,以满足试验要求。常用的调压设备有自耦调压器(适用于小容量设备)、移卷调压器以及感应调压器(空载电流较大)。调压器应输出正弦波形,容量也应当满足试验需求,通常和试验变压器的容量相同。

2.2对高压试验变压器的要求

高压试验变压器具备电压高、容量小、持续工作时间短、绝缘层厚、高压绕组一端接地的特征。选用合适的高压试验变压器,应当考虑高压试验变压器的低压绕组是否和现场电源以及调压器相匹配,高压试验变压器电容与电压、电流的最佳匹配值以及试验变压器的高压绕组电流。

2.3对高压回路电阻的要求

由于被测试设备的容抗和试验变压器的漏抗是串联的,因此当回路产生串联谐振时,被测试设备就会产生比试验电压高得多的电压。通常调压器和试验变压器的漏抗不大,而被测试品的容抗很大,所以一般不会产生串联谐振过电压,但是在某些特殊情况下会产生3次谐波谐振。为了避免产生谐振,可以在试验变压器的低压绕组上并联LC串联回路或者采用线电压。当被测试设备击穿时,也会因为试验变压器的绕组内部电磁振荡而在试验变压器的匝间和层间产生过电压现象。因此,要求在高压回路中串联保护电阻Rl,将过电流限制在被测试设备的允许范围内。但保护电阻的选择有一定要求,过大和过小都不符合要求。电阻的另外一个作用就是在被测试设备被击穿时,防止试验变压器的高压侧产生过大的电动力。

3交流耐压试验的跳闸原因分析

3.1交流耐压试验接线原理

交流耐压试验接线原理图如图l所示。其中,Cx为被试验设备容抗,Rb/Rq为保护电阻,G为保护球隙,IC为被试验设备电容电流,T为试验变压器,A为电流表,V为电压表。

3.2试验可能引起跳闸的主要原因

垃圾焚烧发电厂交流耐压试验一般实行外包。外包的一些电气试验单位在实际工作中多次出现发电机组电气设备在交流耐压试验过程中跳闸的情况。试验可能引起跳闸的主要原因有:

(1)保护设定不合理,整定值偏小。

(2)被试验设备绝缘不够,泄漏电流太大或有短路情况。

(3)保护球的间隙不合理。

(4)试验变压器参数选择不合理。

4试验跳闸实例分析

以垃圾焚烧发电厂电气设备安装过程中进行的交流耐压试验为例。2003—2014年就曾发生几起小型发电机组安装后进行工频交流耐压试验导致跳闸的情况,经过分析发现,造成这几起跳闸的原因均是因试验人员没有正确选择试验变压器参数引起的,试验变压器的额定容量和额定电压虽满足了试验要求,但试验人员却忽略了试验变压器的额定电流是否满足被试验设备在该试验电压下的电容电流和可能存在的泄漏电流问题。

试验跳闸实例:某电厂发电机7.5Mw,额定电压6.3kV,按照规定检修后交流耐压试验电压为15.6kV,选择的试验变压器为YDJ-25kVA/150kV。当试验电压上升到8.5kV时,电流为140mA,整定电流50A,试验变压器低压侧保护跳闸。这是典型的只注重了试验变压器的容量及试验电压满足实验要求,而忽略了在15.6kV试验电压条件下被测试设备产生的电容电流及部分泄漏电流问题。

4.1试验失败分析

该电厂7.5Mw、6.3kV的发电机组每相对地电容值经测为0.05uF,当试验变压器的高压侧额定电压为150kV时,应选择的试验变压器容量按下式计算确定。