电气试验在电力系统中的应用

张国超

（国网吉林供电公司，吉林 松原 132000）

高压电气试验是电力系统中检测设备绝缘性能的一项重要方法，也是测试设备电气参数的重要手段。但整个试验过程往往会受到某些难以预见的因素影响，导致最终结果和实际数值之间产生差异，甚至出现和实际相悖的现象，从而影响结论的正确性。或者有时候电力系统测试返回值有所延时，难以将系统故障及时体现出来，导致设备带故障运行，从而埋下一定安全隐患。由于整体测试结果不精确，原本合格的产品也可能会被判定成不合格，或本来存在故障的产品被判定为正常，从而造成一定损失。因此，极有必要对电气试验展开探究，确保试验方法的有效性和可靠性。

1 常规的高压电气试验方法

1.1 静态试验

静态试验主要是针对发电机组各侧的保护开展。

1.1.1 发电机组的差动保护

机端与机尾选择A相、B相和C相分别施加电流，并以输入的电流值对制动特性斜率S进行计算。

Iop1为测点1的动作电流，Iop2为测点2的动作电流，Ires1为测点1的制动电流，Ires1为测点2的制动电流。

1.1.2 定子绕组匝间保护

通常情况下，大型发电机组往往会在绕组定子同一槽的上下条棒上产生同相但匝数不相同的配置[1]。一旦配置出现问题，就会产生匝间短路，由此发生重大事故。为此，发电机组往往都要实施匝间保护。

（1）模拟两相短路。假设B相和C相短路，施加电压值固定在87V，电流和电压相位差成一个定值，合上开关K，这时保护回路应该有动作。继续把面板指示灯复位，再将开关K断开，保护回路也应该有动作，最后改变电流电压相位差，重复以上步骤，找到工作临界点。

（2）潜动试验。一方面，可以是电压潜动，即断开电流回路，给两端施加100V电压，反复对开关K进行闭合和断开；另一方面，也可以是电流潜动，即让电压回路断接，应用10倍额定电流，反复对开关K进行闭合与断开[2]。

1.1.3 TA 二次回路试验

（1）远方升流试验。即给所有电力互感器根部增加1A三相电流，通过钳型电流表对回路电流幅值及相序进行检测，把得到的数值和保护面板中的数值进行比较，查看其误差。再将三相电流增加2A，重复以上试验步骤，查看误差是否在技术要求之内。

（2）给保护装置后加电流。即把1A的单相试验电流接入发电机保护装置后端子，一般为A端子，再对互感器根部电流进行测试。

1.1.4 定子接地保护

接线如图1所示，Us为发电机端的零序电压；Un为发电机中性点的零序电压。实际试验时，将基波电压频率在50±0.25Hz测试电源应用进来，一直到保护回路开始出现动作，并对具体数值进行记录，确保整体误差和技术要求相符合。

图1 定子接地保护测试接线图

1.2 启动试验

1.2.1 短路试验

在开展该试验时需短接发变机组，从而在短路状态中，对机组性能进行测试，并把结果和出厂数据比对，查看机组是否处在正常运行状态[3]。

首先，设置短路点。常规短路点以图2所示的K1点为主。即将三相短路排安装到机组输出端，再切断无关电路。

图2 常规短路点设置图

其次，展开试验过程：先退出差动保护板，将复压过流保护以及接地保护添加进去；将消磁开关闭合，使定子电流达到0.2A，如果这时回路断开，出现放电或火花等，则要马上断开开关，找到引起的原因；使定子电流达到额定值，再马上断开，也就是将其置于0，需重点标注测试点的电压和电流，最后得到短路曲线，并与出厂数据比较，查验机组是否正常；使定子电流达到1A，分析差动保护回路正常与否，并对其中的电流互感器极性进行测定；将K1短路排拆掉，使其处在K3、K4点上；把发电机电流增大，测定电力系统中的有关电流回路，并分析保护回路是否有效[4]。

1.2.2 零负荷试验

将发电机置于零负荷下，以明确空载特性，并对定子灭磁常数t进行测定。实际实施空载试验时，回路当中电压值最大不能大于机组输出电压的1.05倍。试验内容如下：将机组周围的全部保护回路开关闭合；将定子灭磁开关接入；在线监测全部的保护回路；记录空载特性；在不接入负载的基础上对定子灭磁时间进行检测；关闭系统之后对机组残余电压和相序进行检测[5]。

1.2.3 励磁调节器动态试验

让发电机处于空载情形下，对回路进行检测，自动获得其调节性能量化数据，试验内容如下：校验机组电压手动调节范围；验证机组手动和自动调节切换；在不接入负载的基础上，检查空载特征；检测自动电压调节性能；切换电压手动和自动调节；校验手动调节范围；测试机组电压调节频率；在系统开机情形下实施动态试验。

1.2.4 假同期试验

开展该项试验的主要目的是避免发电机在第一次带负荷运转的时候产生异常，避免试验操作者因为自身操作不当或非同步闭合导致的故障。具体实施时要先使机组到两母线的隔离开关处在断开情况下，再将其中一个进行短接，以模拟同步。

2 常规试验存在的不足

2.1 短路点设置困难

（1）缺乏校验性。在常规试验中，短路试验并不能对全部保护方向的正确性进行验证，这是由于机组短路排难以使高压侧电流互感器带电。

（2）发电机出口不支持短路排安装。当前市场中的很多大容量电厂，机组间的连线都缺乏连接断点，线路都处在封闭状态，这样就无法找到短路点去安装短路排。

（3）主变高压侧难以安装短路排。目前市场中，很多电厂都是应用GIS技术，虽然整体集成度较高，但却导致线路和出口都被封闭起来，主变高压侧难以安装短路排，从而影响试验展开。

2.2 难以显示某些问题

（1）难以验证差动保护方向。差动保护侧处在不同位置，原先的二次电路在检测时只能从一侧接入，因此无法对二次接线进行验证，只有采用短路试验。但如果应用短路试验，就需要应用十分复杂的设备，还要对回路中的所有保护装置进行检查，所以极易出现接线方向错误的现象。

（2）难以检验TV开口三角的接法。在电压互感器当中，其开口三角的L相和N相都是由A相、B相和C相的二次接线相互组合起来的，所以实际试验时往往会把A头当作L相，把C尾当作N相，再把内部相互连接[6]。这种形式下，只要其中出现问题，就必须对整套机组进行重新启动，而常规试验方式难以检测出这其中存在的问题。

2.3 成本投入高

在启动试验过程中，需要投入一定燃油，资源损耗大，成本高。同时一次试验需要实施10-20h，一旦试验不成功，还必须对其中进行彻底检查和修正，从而增加试验时间。

2.4 存在一定危险性

电气试验开展过程中需要使用大量设备，且操作过程复杂，工作量大，只要出现问题，就可能会引起无法修正的后果。其中最常见的危险性包括：

（1）触电。一般是由试验安全距离不足、静电等引起的。

（2）误操作。例如接线错误、加压错误、回检落实不到位等。

3 试验方法改进策略

3.1 完善短路点设置

3.1.1 短路排安装在机组出口开关或TA位置

使用该方法能使电流互感器的两头同时带电，促使机组正常负载运行，且回路二次电流幅值相同，制动电流和一次电流值的大小相似，这时制动电流就会远超差电流，从而检测保护回路方向的正确与否。

3.1.2 使用接地刀闸

即放弃使用短路排，转而应用接地刀闸，达到三线短路。

3.1.3 将接地刀闸和短路排组合应用

对于使用GIS的电厂，在对差动保护方向准确性进行验证时，可以应用在主变压器高压侧和GIS连接位置设定电路点的方式，将接地刀闸连接起来，并将其当作短路点。这时候虽然主变高压侧电流互感器被集成在内部，导致不能带电，但这并不会给机组短路特性的记录带来影响。

3.2 优化保护回路试验

为了优化TA布局带来的问题，则可以应用TA一次回路施加小电流，让全部TA带电。

一是让主变TA和发电机TA同时带电。将主变母线的全部隔离开关断开，再将＂380V＂三相交流测试电源接入，使彼此的中性点相互连接。之后再把其测试电源添加至主变高压侧，使电流流经各电流互感器。差动保护当中的全部TA都应该有较小的电流，并应在确保钳型电流表检测精确度的基础上开展该试验。

二是让主变TA和高厂变TA同时带电。将发电机母线和出口中性点完全断开，再连接总线和高低压变电站，将高厂变低压侧A和B分支三线连接起来。回路中将测试电源应用到主变高压侧，使电流流经各互感器，最后再使用钳形电流表对差动保护方向进行检测。

3.3 减少启动试验时间

为减少时间损耗，保证工作效率，在短路试验时就应该开始准备母线，确保在试验结束之后能马上对母线进行操作，之后再对接发动机展开空载试验等。在这期间，把空母线重新进行充电操作，结束后，母线就会处在带电状态，则可马上进行同期试验。

4 结论

在电力系统中，通过给电气设备实施电气试验，不但能使整个系统运行过程得到高效监控，还能解决设备运行中产生带故障运行等问题，减少故障产生频次，降低经济损失。同时，在该试验作用下，还能对设备使用年限等做出准确检测，确保设备后续得到充分应用，降低安全事故发生率。常规高压电气试验受不可预见因素影响，往往难以准确体现试验结果，所以还需科学设置短路点，改革保护回路试验方法，以确保电力系统运行的可靠性。