发电机出口PT、CT断线的判别方法及处理

技术讲课教案培训题目：《发电机出口PT、CT断线的判别方法及处理措施技术培训》培训目的：围绕国华台电2012“素质年”主题，为提升基层员工技术培训品质，打造电气二次专业学习型班组，通过本次培训，使电气二次专业人员了解或熟悉PT/CT结构原理、二次回路故障特征分析、对电气量保护的影响及故障情况下的紧急处理手段或控制措施，简单的判断方法，以进一步提高电气二次专业检修维护人员的理论知识和现场紧急处理问题的技能。

内容摘要：1、PT结构原理分析2、CT结构原理分析3、发电机出口PT故障情况分析及处理手段4、CT回路断线故障情况分析及处理手段5、PT/CT二次回路带负荷试验的必要性和合格性判断培训教案：一、PT结构原理分析电压互感器是发电厂、变电所等输电和供电系统不可缺少的一种电器。

电压互感器和变压器很相像，都是用来变换线路上的电压。

但是变压器变换电压的目的是为了输送电能，因此容量很大，一般都是以千伏安或兆伏安为计算单位；而电压互感器变换电压的目的，主要是用来给测量仪表和继电保护装置供电，用来测量线路的电压、功率和电能，或者用来在线路发生故障时保护线路中的贵重设备、电机和变压器，因此电压互感器的容量很小，一般都只有几伏安、几十伏安，最大也不超过一千伏安。

两个绕组之间以及绕组与铁心之间都有绝缘，使两个绕组之间以及绕组与铁心之间都有电的隔离。

电压互感器在运行时，一次绕组N1并联接在线路上，二次绕组N2并联接仪表或继电器。

因此在测量高压线路上的电压时，尽管一次电压很高，但二次却是低压的，可以确保操作人员和仪表的安全。

发电机出口为什么需要变换电压呢?这是因为根据发电、输电和用电的不同情况，发电机出口一次接线上的电压大小不一，而且相差悬殊，有的是低压220V和380V，有的是高压几万伏，目前有220V—27KV不等。

要直接测量这些低压和高压电压，就需要根据线路电压的大小，制作相应的低压和高压的电压表和其他仪表和电压互感器的基本结构和变压器很相似，它也有两个绕组，一个叫一次绕组，一个叫二次绕组。

两个绕组都装在或绕在铁心上。

电压互感器外形图见上图所示。

原理图见下图所示。

二、CT结构原理分析普通电流互感器结构原理：电流互感器的结构较为简单，由相互绝缘的一次绕组、二次绕组、铁心以及构架、壳体、接线端子等组成。

其工作原理与变压器基本相同，一次绕组的匝数(N1)较少，直接串联于电源线路中，一次负荷电流()通过一次绕组时，产生的交变磁通感应产生按比例减小的二次电流()；二次绕组的匝数(N2)较多，与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷(Z)串联形成闭合回路。

由于一次绕组与二次绕组有相等的安培匝数，I1N1=I2N2，电流互感器额定电流比。

电流互感器实际运行中负荷阻抗很小，二次绕组接近于短路状态，相当于一个短路运行的变压器。

穿心式电流互感器结构原理：穿心式电流互感器其本身结构不设一次绕组，载流(负荷电流)导线由L1至L2穿过由硅钢片擀卷制成的圆形(或其他形状)铁心起一次绕组作用。

二次绕组直接均匀地缠绕在圆形铁心上，与仪表、继电器、变送器等电流线圈的二次负荷串联形成闭合回路。

由于穿心式电流互感器不设一次绕组，其变比根据一次绕组穿过互感器铁心中的匝数确定，穿心匝数越多，变比越小；反之，穿心匝数越少，变比越大，额定电流比：。

式中I1——穿心一匝时一次额定电流；n——穿心匝数。

特殊型号电流互感器：多抽头电流互感器。

这种型号的电流互感器，一次绕组不变，在绕制二次绕组时，增加几个抽头，以获得多个不同变比。

它具有一个铁心和一个匝数固定的一次绕组，其二次绕组用绝缘铜线绕在套装于铁心上的绝缘筒上，将不同变比的二次绕组抽头引出，接在接线端子座上，每个抽头设置各自的接线端子，这样就形成了多个变比。

例如二次绕组增加两个抽头，K1、K2为100/5，K1、K3为75/5，K1、K4为50/5等。

此种电流互感器的优点是可以根据负荷电流变比，调换二次接线端子的接线来改变变比，而不需要更换电流互感器，给使用提供了方便。

不同变比电流互感器。

这种型号的电流互感器具有同一个铁心和一次绕组，而二次绕组则分为两个匝数不同、各自独立的绕组，以满足同一负荷电流情况下不同变比、不同准确度等级的需要。

例如在同一负荷情况下，为了保证电能计量准确，要求变比较小一些(以满足负荷电流在一次额定值的2/3左右)，准确度等级高一些(如1K1、1K2为200/5、0.2级)；而用电设备的继电保护，考虑到故障电流的保护系数较大，则要求变比较大一些，准确度等级可以稍低一点(如2K1、2K2为300/5、1级)。

一次绕组可调，二次多绕组电流互感器。

这种电流互感器的特点是变比量程多，而且可以变更，多见于高压电流互感器。

其一次绕组分为两段，分别穿过互感器的铁心，二次绕组分为两个带抽头的、不同准确度等级的独立绕组。

一次绕组与装置在互感器外侧的连接片连接，通过变更连接片的位置，使一次绕组形成串联或并联接线，从而改变一次绕组的匝数，以获得不同的变比。

带抽头的二次绕组自身分为两个不同变比和不同准确度等级的绕组，随着一次绕组连接片位置的变更，一次绕组匝数相应改变，其变比也随之改变，这样就形成了多量程的变比，见图5－5(图中虚线为电流互感器一次绕组外侧的连接片)。

带抽头的二次独立绕组的不同变比和不同准确度等级，可以分别应用于电能计量、指示仪表、变送器、继电保护等，以满足各自不同的使用要求。

例如当电流互感器一次绕组串联时，1K1-1K2，1K2-1K3，2K1-2K2，2K2-2K3为150/5，1K1-1K3，2K1-2K3为300/5；当电流互感器一次绕组并联时，1K1-1K2，1K2-1K3，2K1-2K2，2K2-2K3为300/5，1K1-1K3，2K1-2K3为600/5。

其接线图和准确度等级标准在铭牌上或使用说明书中。

电流互感器外形图见上图所示。

原理图见下图所示。

三、发电机出口PT故障情况分析及处理手段国华台电一期从2003年12月份后，陆续投入5台上海汽轮发电机厂生产的600MW燃煤火力发电机组。

然而，在发电机组陆续投产发电营运后，多次出现发电机组出口（20KV侧）PT（电压互感器）等一次回路故障导致发电机组异常运行的现象。

3.1、PT设备分布及应用现状：图一是国华台电单元发电机组PT回路一次接线原理图。

发电机组出口设计有3组PT(1YH、2YH、3YH)，其规格型号为：沈阳互感器厂生产的JDZX4-20型电压互感器，变比均为（20/√3）/（0.1√3）/（0.1/3）KV，配有9只RN2-20型高压熔断器（正常电阻值为110欧姆左右）。

（二期百万机组PT接线方式雷同，但是增加了发电机匝间短路保护的3PT，主要区别在于匝间短路保护用的PT一次侧中性线直接接发电机定子绕组中性点公共头，不是直接接地，其余部分相同）1YH二次回路采用B相接地方式，主要用于自动励磁调节器1（AVR1）、故障录波器屏和DCS系统三相电压测量，另外引出一组开口三角电压获取3U0送到故录和变送器屏。

第2、3组PT二次侧中性点接地，其中2YH主要用于发变组保护1、变送器屏三相电压测量、电度表计量以及自动准同期装置。

3YH主要用于发变组保护2、自动励磁调节器2（AVR2）、发电机进相监测屏、发电机功角测量屏。

Zab、Zbc、Zca分别为电压互感器二次侧的理想三角形负载阻抗。

A、1YH正常运行过程中一次电压矢量分析如图二：图二表明一次电压对称，线电压20KV、相对地电压为20/√3KV。

B、1YH正常运行过程中二次电压矢量分析如图三：图三表明二次电压对称：线电压Uab=100V、Uac=100V、Ubc=100V；相电压Ua对地等于100V、Ub对地等于0V、Uc对地等于100V；二次侧开口三角形输出电压3U0=0V。

C、2YH正常运行过程中一次电压矢量分析如图四：图四表明其一次电压对称，线电压20KV、相对地电压为20/√3KV。

D、2YH正常运行过程中二次电压矢量分析如图五：图五表明二次电压对称：线电压Uab=100V、Uca=100V、Ubc=100V；相电压Ua对地等于58V、Ub对地等于58V、Uc对地等于58V。

注：3YH与2YH的一次电压、二次电压矢量图完全相同。

3.2、PT一次熔断器故障技术分析A、PT一次熔断器劣化：2008年1月19日16时8分，国华台电1号发电机出口电压在DCS系统操作员画面上显示出现明显偏差，出现快速摆动的现象，UAB 最高达20.75KV、UAC与UBC最低达19.07KV，且频繁波动，二次侧3U0出现不平衡电压，在1.89V至5.02V之间上下波动。

现场用数字万用表测量端子箱内二次回路电压，发现1YH二次回路的Uab=101.3V、Uac=99.9V、Ubc=96.1V；Ua对地等于101.9V、Ub对地等于0.13V、Uc对地等于96.4V；3U0=4.5V。

而2～3YH二次回路三相电压显示无异常。

由于发电机出口2PT、3PT线电压对称且定子接地保护（接中性点配电变压器二次侧电压U0N）没有任何信号，初步排除发电机组本身存在故障的可能。

根据图六、图七的电压矢量图分析，由于UCN阻抗特性发生变化、Un因不直接接地而发生电位漂移；Ua、Ub、Uc三者之间的相位角出现一定的偏差，从而导致3Uo出现不平衡电压，所以初步判断为发电机组1YH的C相PT一次熔断器3RD出现劣化现象。

通过使用热成像仪测量发电机出口PT柜内熔断器，发现C相第一组PT一次侧熔断器3RD端部比其它8个熔断器高6℃左右（见下图的热影像图片），进一步确认C相一次熔断器故障。

经运行人员做好安全措施后，将该组电压互感器拉出运行位置，取下C相高压侧熔断器，用数字万用表测量熔断器电阻值为25兆欧，有明显劣化，更换新熔断器后该组PT恢复正常运行。

B、PT一次熔断器完全熔断（断开）分析：图八表明一次电压出现严重不对称，仅UAB线电压20KV、UA及UB相对地电压为20/√3KV。

图九表明二次电压出现严重不对称：线电压Uab=100V，Uac及Ubc却在50～58V之间波动；相电压Ua对地等于100V、Ub对地等于0V、Uc对地在50～58V之间波动；二次侧开口三角形输出电压3U0约为33.3V。

下图表明在处理3RD过程中的3U0输出电压波形图。

从电压曲线很明显可以看出3RD在劣化过程中3U0约为几伏，而在更换3RD时为33V左右。

C、PT一次熔断器接触不良2008年2月10日11时11分国华台电3号发电机励磁系统在AVR1自动通道运行情况下，出现励磁电流、励磁电压、无功功率波动较大的异常情况。

检修人员首先对AVR1通道有关的PT回路进行检查、测试，具体数据如下：Uan1=59.05V、Ubn1=59.15V、Ucn1=57.26V、3U01=1.6V、Uda1=33.8V、Udb1=33.9V、Udc1=32.8V（但Uan2=59.06V、Ubn2=59.00V、Ucn2=59.00V均正常），根据1YH三相电压存在不平衡及有3U0出现的数据证明，初步确定第一组PT一次回路可能存在薄弱环节。