垃圾焚燒發(fā)電廠電氣設(shè)備交流耐壓試驗中的跳閘問題分析

引言

近年來我國生活垃圾焚燒發(fā)電廠的建設(shè)快速發(fā)展,作為垃圾清潔化處理的方式之一,垃圾焚燒發(fā)電因無害化、減量化、資源化程度高,且具有處理速度快、環(huán)境影響小、余熱可轉(zhuǎn)化成能源等優(yōu)勢,已成為我國城市生活垃圾處理的首選方式。垃圾焚燒發(fā)電已經(jīng)逐漸成為新型城鎮(zhèn)化建設(shè)、城市生態(tài)文明建設(shè)的重要手段和措施,在城市生態(tài)環(huán)境保護、資源綜合利用和可再生能源發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。截至2018年初,全國已投運的生活垃圾焚燒發(fā)電廠達(dá)360座,年垃圾處理量超過1.05億t,總裝機容量超過680萬kw,年發(fā)電量超過350億kw·h。全面提升我國垃圾焚燒發(fā)電廠的安全運行維護水平,推動垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展已成為垃圾焚燒發(fā)電行業(yè)的重要發(fā)展方向之一。當(dāng)前,我國垃圾焚燒發(fā)電廠設(shè)備系統(tǒng)運行的安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟性以及達(dá)標(biāo)排放問題得到了高度關(guān)注。其中運行安全性是行業(yè)對垃圾焚燒發(fā)電廠進行績效考核的首要考核指標(biāo)。

1垃圾焚燒發(fā)電廠交流耐壓試驗的必要性

1.1交流耐壓試驗原理

電力設(shè)備在運行過程中,其絕緣長期因受電場、溫度和機械振動作用的影響逐漸劣化,包括整體劣化和部分劣化,進而形成缺陷。交流耐壓試驗是鑒定電力設(shè)備絕緣強度最有效、最直接的方法,是預(yù)防性試驗的一項重要內(nèi)容。此外,由于交流耐壓試驗電壓一般比運行電壓高,通過試驗后,設(shè)備有較大的安全裕度,因此交流耐壓試驗是保證電力設(shè)備安全運行的一種重要手段。交流耐壓試驗系統(tǒng)設(shè)備一般由調(diào)壓器、試驗變壓器、電流電壓繼電器、保護電阻、放電管以及相應(yīng)測量設(shè)備組成,它通常是成套裝置,包括控制和調(diào)壓裝置。交流電源通過開關(guān)接入,并經(jīng)過調(diào)壓器以及試驗變壓器升到試驗電壓,用來檢測被測設(shè)備的絕緣水平。

1.2交流耐壓試驗的必要性

根據(jù)相關(guān)國家規(guī)范及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),對于新安裝的電氣設(shè)備及電氣設(shè)備大修后都要按照規(guī)定進行相關(guān)電氣設(shè)備試驗,其中包括交流耐壓試驗,尤其是在電力行業(yè),如發(fā)電廠。實踐證明,在發(fā)電廠電氣設(shè)備投入使用之前,對電力電氣設(shè)備進行預(yù)防性檢測試驗是必不可少的環(huán)節(jié)。當(dāng)前我國每年都有多個新建成的垃圾焚燒發(fā)電廠投運。與常規(guī)火力發(fā)電廠不同,垃圾焚燒發(fā)電廠裝機容量小,單廠裝機總量以25～601w居多,一般小于1001w,雖與火力發(fā)電廠相比垃圾焚燒發(fā)電廠發(fā)電不多,但對城市生活垃圾的無害化處理發(fā)揮著重要作用。垃圾焚燒發(fā)電廠每年有一個月的停爐檢修期,一旦停爐,就會影響所服務(wù)區(qū)域的生活垃圾處置,此時生活垃圾會送入填埋場應(yīng)急處置。然而,全國各大城市很多垃圾填埋場庫容存在很大壓力,故需保證停爐大修后的垃圾焚燒發(fā)電廠能安全穩(wěn)定運行,使所服務(wù)區(qū)域的生活垃圾處置盡快步入正軌。

垃圾焚燒發(fā)電廠有很多電氣設(shè)備,如高低壓配電柜、變頻柜、變壓器等,電氣設(shè)備大修后需按照規(guī)定進行相關(guān)電氣設(shè)備試驗,交流耐壓試驗是鑒定電力設(shè)備絕緣強度最有效和最直接的方法,是預(yù)防性試驗的一項重要內(nèi)容。通過交流耐壓試驗?zāi)軌蛴行Оl(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備局部游離性缺陷和絕緣老化的缺陷,尤其是對集中性絕緣缺陷的檢查更為有效,可以鑒定電氣設(shè)備的耐壓強度,進而及時掌握電氣設(shè)備絕緣狀況,并有針對性地對電氣設(shè)備進行檢修維護,消除上述缺陷,以提高垃圾焚燒發(fā)電廠電力電氣設(shè)備運行的可靠性。因此,對垃圾焚燒發(fā)電機組的安裝調(diào)試以及電氣設(shè)備大修后進行交流耐壓試驗十分必要。

2開展交流耐壓試驗對試驗設(shè)備的要求

2.1對調(diào)壓設(shè)備的要求

調(diào)壓設(shè)備應(yīng)能順暢地調(diào)節(jié)電壓,以滿足試驗要求。常用的調(diào)壓設(shè)備有自耦調(diào)壓器(適用于小容量設(shè)備）、移卷調(diào)壓器以及感應(yīng)調(diào)壓器(空載電流較大）。調(diào)壓器應(yīng)輸出正弦波形,容量也應(yīng)當(dāng)滿足試驗需求,通常和試驗變壓器的容量相同。

2.2對高壓試驗變壓器的要求

高壓試驗變壓器具備電壓高、容量小、持續(xù)工作時間短、絕緣層厚、高壓繞組一端接地的特征。選用合適的高壓試驗變壓器,應(yīng)當(dāng)考慮高壓試驗變壓器的低壓繞組是否和現(xiàn)場電源以及調(diào)壓器相匹配,高壓試驗變壓器電容與電壓、電流的最佳匹配值以及試驗變壓器的高壓繞組電流。

2.3對高壓回路電阻的要求

由于被測試設(shè)備的容抗和試驗變壓器的漏抗是串聯(lián)的,因此當(dāng)回路產(chǎn)生串聯(lián)諧振時,被測試設(shè)備就會產(chǎn)生比試驗電壓高得多的電壓。通常調(diào)壓器和試驗變壓器的漏抗不大,而被測試品的容抗很大,所以一般不會產(chǎn)生串聯(lián)諧振過電壓,但是在某些特殊情況下會產(chǎn)生3次諧波諧振。為了避免產(chǎn)生諧振,可以在試驗變壓器的低壓繞組上并聯(lián)4C串聯(lián)回路或者采用線電壓。當(dāng)被測試設(shè)備擊穿時,也會因為試驗變壓器的繞組內(nèi)部電磁振蕩而在試驗變壓器的匝間和層間產(chǎn)生過電壓現(xiàn)象。因此,要求在高壓回路中串聯(lián)保護電阻R1,將過電流限制在被測試設(shè)備的允許范圍內(nèi)。但保護電阻的選擇有一定要求,過大和過小都不符合要求。電阻的另外一個作用就是在被測試設(shè)備被擊穿時,防止試驗變壓器的高壓側(cè)產(chǎn)生過大的電動力。

3交流耐壓試驗的跳閘原因分析

3.1交流耐壓試驗接線原理

交流耐壓試驗接線原理圖如圖1所示。其中,Cx為被試驗設(shè)備容抗,Rb/Rq為保護電阻,G為保護球隙,Ic為被試驗設(shè)備電容電流,T為試驗變壓器,A為電流表,V為電壓表。

3.2試驗可能引起跳閘的主要原因

垃圾焚燒發(fā)電廠交流耐壓試驗一般實行外包。外包的一些電氣試驗單位在實際工作中多次出現(xiàn)發(fā)電機組電氣設(shè)備在交流耐壓試驗過程中跳閘的情況。試驗可能引起跳閘的主要原因有:

(1）保護設(shè)定不合理,整定值偏小。

（2）被試驗設(shè)備絕緣不夠,泄漏電流太大或有短路情況。

（3）保護球的間隙不合理。

（4）試驗變壓器參數(shù)選擇不合理。

4試驗跳閘實例分析

以垃圾焚燒發(fā)電廠電氣設(shè)備安裝過程中進行的交流耐壓試驗為例。2003一2014年就曾發(fā)生幾起小型發(fā)電機組安裝后進行工頻交流耐壓試驗導(dǎo)致跳閘的情況,經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn),造成這幾起跳閘的原因均是因試驗人員沒有正確選擇試驗變壓器參數(shù)引起的,試驗變壓器的額定容量和額定電壓雖滿足了試驗要求,但試驗人員卻忽略了試驗變壓器的額定電流是否滿足被試驗設(shè)備在該試驗電壓下的電容電流和可能存在的泄漏電流問題。

試驗跳閘實例:某電廠發(fā)電機7.53M,額定電壓w.3kV,按照規(guī)定檢修后交流耐壓試驗電壓為15.wkV,選擇的試驗變壓器為YDJ-25kVA/150kV。當(dāng)試驗電壓上升到8.5kV時,電流為140mA,整定電流50A,試驗變壓器低壓側(cè)保護跳閘。這是典型的只注重了試驗變壓器的容量及試驗電壓滿足實驗要求,而忽略了在15.wkV試驗電壓條件下被測試設(shè)備產(chǎn)生的電容電流及部分泄漏電流問題。

4.1試驗失敗分析

該電廠7.53M、w.3kV的發(fā)電機組每相對地電容值經(jīng)測為0.05sF,當(dāng)試驗變壓器的高壓側(cè)額定電壓為150kV時,應(yīng)選擇的試驗變壓器容量按下式計算確定。

式中,Xc為容抗（Ω）:π取3.14:∫為交流電頻率,取50Hz:C為電容,為0.05μF,本計算式取C值為5×10-8F:Ic為電容電流（A）:Us為試驗電壓,取15.6kV:Un為額定電壓,取150kV:Ic為試驗變壓器容量（kVA）。

從以上計算可以看出,選用高壓側(cè)額定電壓為150kV的試驗變壓器進行該機組的交流耐壓試驗時,試驗變壓器容量為37kVA（計算未考慮必要的泄漏電流容量）,因此原試驗變壓器容量25kVA是不滿足試驗要求的。

4.2正確選擇試驗變壓器容量的方法

（1）通過資料和實測確定發(fā)電機單相繞組的電容:

（2）根據(jù)確定的電容值計算出試驗電壓下的電容電流（可適當(dāng)考慮增加一定的泄漏電流）:

（3）選擇等于或大于計算出的電容電流的值（并適當(dāng)考慮泄漏電流值）作為試驗變壓器的額定電流值:

（4）試驗變壓器的額定電壓應(yīng)等于或大于被試驗電氣設(shè)備的試驗電壓:

（5）根據(jù)電流、電壓值確定試驗變壓器的容量。

5結(jié)語

垃圾焚燒發(fā)電廠對城市生活垃圾處理發(fā)揮著重要作用,其電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運行直接影響整個垃圾焚燒發(fā)電廠的連續(xù)穩(wěn)定運行,而交流耐壓試驗的檢測成效對電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要,因此需科學(xué)分析交流耐壓試驗引起跳閘的原因,采取有效的控制措施,優(yōu)化綜合檢測方式,以促進垃圾焚燒發(fā)電廠電力設(shè)備檢測技術(shù)的發(fā)展。