火力发电厂电气系统调试

一 调试概述

1． 调试概念及内容

火电厂电气调试工作的主要任务是：当电气设备的安装工作结束以后，按照国家有关的规范和规程、制造厂家技术要求，逐项进行各个设备调整试验，以检验安装质量及设备质量是否符合有关技术要求，并得出是否适宜投入正常运行的结论。

电气调试的主要内容是：对电厂全部电气设备，包括一次和二次设备，在安装过程中及安装结束后的调整试验；通电检查所有设备的相互作用和相互关系；按照生产工艺的要求对电气设备进行空载和带负荷下的调整试验；调整设备使其在正常工况下和过度工况下都能正常工作；核对继电保护整定值；审核校对图纸；编写厂用电受电方案、复杂设备及装置的调试方案、重要设备的试验方案及系统启动方案；参加分部实验的技术指导；负责整套启动过程中的电气调试工作和过关运行的技术指导。

为使调试工作能够顺利进行，调试人员事前应研究图纸资料、设备制造厂家的出厂试验报告和相关技术资料，了解现场设备的布置情况，熟悉有关的电气系统接线等。除此以外，还要根据有关规范和规程的规定，制定设备的调试方案，即调试项目和调试计划。其中调试项目包括：不同设备的不同的试验项目和规范要求，并在可能的情况下列出具体的试验方法、关键的试验步骤、详细的试验接线以及有关的安全措施等。调试计划则包括：全厂调试工作的整体工作量，具体时间安排，人员安排，所需实验设备、工机具以及相关的辅助材料等。全厂电气设备的单体调整和试验；配合机械设备的分部试运行；还有全厂总的系统调试是火电厂整体启动不可分割的三个重要环节。在每个环节当中，电气调试则总是调试启动的先锋，没有全厂厂用电的安全运行，全厂的分部试运行就无从谈起，更没有可靠的系统调试运行。因此，火电厂厂用电调试组织的好坏与否，将是直接影响全厂系

统调试的关键。

2． 调试工作的组织形式

1）按专业分

仪表调校组（负责现场安装的仪表的校验和调整，试验用0.5级仪表的校验和调整）。

高压试验组（负责电气设备的绝缘试验和特性试验等工作）

继电保护组（负责继电保护的校验和整定工作）

二次调试组（负责校对图纸、查对接线、回路通电试验及操作试验等工作）

2）按系统分

厂用电机组；变压器组；发电机组等。

每个组的工作任务均包括：仪表、高压、继电保护、二次调试等的调试工作。

但是以上两种方式并不是一成不变的，往往根据调试人员的水平、工期的长短等而有所改变，目的是更好地完成全厂的电气调试任务。 对于调试人员的培训，可按\"多能一专\"的原则进行。

3）调试工作的安全工作

电气调试工作大多是带电工作，因此要特别注意人身和设备的安全。具体的要求如下：

①电气调试人员要定期学习水利电力部颁发的《电业安全工作规程》。

②学习急救触电人员的方法。

③认真执行试验方案，并学习反事故措施。

④电气工作必须有二人及以上人员共同配合工作。

⑤调试人员使用的工具必须绝缘良好，且工作人员穿戴相应的绝缘用品。

⑥任何回路、设备未经调试不得送电投入运行，并在相应回路挂明显的标识牌。

⑦实验设备的容量、仪表的量程必须事先考虑合适。

⑧高压试验应设隔离带，接地线连接可靠。试验结束后需要放电的应充分放电。

⑨二次调试要避免互感器二次侧电流回路开路和电压回路短路，在各个回路事先绝缘合格的情况下才能通电试验。

二 电气设备试验

1． 电气设备的绝缘试验

设备绝缘试验的目的，是检验电气设备长期在额定电压下运行时的绝缘性能的可靠程

度，以及在承受短时的过电压时，不至于发生有害的局部放电或造成设备的绝缘损坏。绝缘试验大致可分为绝缘特性试验和绝缘强度试验。

绝缘特性试验可分为：1）绝缘电阻试验；2）介质损耗角正切值试验；3）变压器绝缘含水量测试。其目的，是初步衡量设备的绝缘状况的好坏程度。

绝缘强度试验可分为：1）直流耐压试验；2）交流耐压试验；3）冲击电压试验。其目的，是检验设备的绝缘对于工频电压，雷电冲击波电压，操作冲击波电压等，是否具有规定水平以上的绝缘程度。

交流耐压试验是发电机、变压器、高压断路器等高压设备绝缘试验中一项关键性试验，是对被试物施加一个高于运行中可能遇到的过电压数值的交流电压，并经历一段时间，以检验设备的绝缘水平。由于交流耐压试验的试验电压一般比运行电压高出很多，对绝缘不良的被试物来说，是一种破坏性试验，因此进行此试验前，应首先进行绝缘电阻和吸收比测量，进行直流泄漏和直流耐压试验等，初步检查设备绝缘情况。若发现绝缘受潮或有缺陷时，应进行干燥和缺陷处理后，再进行交流耐压试验。

交流工频耐压试验的典型接线如图1所示。

当试验电压较高时，可用两台试验变压器串联接线，如图2所示。

试验变压器的容量可根据以下两个原则选择：a）试验变压器高压侧电压应不低于被试物的最高额定电压；b）额定电流应不低于被试物的最大电容电流。电容电流可根据下式进行估算：

I=2πfCxU×10-6 （A）

式中:I----试验时被试物的电容电流A；

Cx----被试物本身的对地电容μF；

U----试验电压V；

f----试验电源频率HZ。

试验变压器的容量S，可按照下式计算：

S≥2πfCxU2×10-9 （KVA）

2． 继电保护装置调试试验

1）继电保护配置

机组在继电保护总体配置时，着重考虑最大限度地保证机组安全和最大限度地缩小故障破坏范围，尽可能避免不必要的突然停机，对某些异常工况采用自动处理，特别是要避免保护装置的错误动作和拒绝动作。因此，保护装置在调试过程中，要求做到保护装置动作的准确性、可靠性和灵活性。中小型火电厂的继电保护配置主要可分为三部分。

①距离保护装置、自动重合闸装置、线路纵差保护装置等，用于输电线路保护；

②差动保护装置、功率方向保护装置、转子接地保护装置、低周减载装置、过电流保

护装置等，用于发电机-变压器-断路器等设备的保护。

③纵联差动保护装置、电流速断和过电流保护、低电压保护、反时限过电流等，用于厂用电和厂用电动机保护。

2）差动保护装置调试

差动保护装置是发电机-变压器组用于内部故障时，切除外部电源而经常采用的主要保护装置。针对现场安装和调试情况，对差动回路的接线和装置调试，应着重注意以下几个问题：

①差动回路中电流互感器的变比配合

电流互感器的配合，应满足当正常运行或外部短路时，电源侧二次电流与负荷侧二次电流应相等或近似相等。它们的近似关系如下：

n2=k 2/k 1·K·n1

式中： K---变压器变比； n1 、n2---高低压电流互感器变比；

k 1 、k 2---高低压侧电流互感器接线系数（星形接线等于1，三角形接线等于1.732）。

②差动保护中的相位补偿

一般电力变压器多为Y/△-11组接线，即低压侧电流相位比高压侧超前300。因此，差动回路各侧的电流互感器接线应当补偿变压器组别造成的相位差。一般△侧接线的低压侧

电流互感器采用Y形接线，而Y形接线的高压侧电流互感器采用△形接线，取IA=Ia-Ib、IB=Ib-Ic、IC=Ic-Ia ，则相位正好得到补偿。其接线和向量图如图3。

③差动保护的极性关系

差动回路的电流互感器的接线极性应满足当内部故障时，各侧打开互感器的二次电流经中线形成回路，或者各侧电流互感器的二次电流变成同方向，叠加后的总的二次电流，应大于任何一侧的二次电流，且全部流经差动继电保护装置。正常运行或外部故障时，各侧电流互感器的二次电流按相别自成环流，中线上只有不平衡电流，或者电源侧与负荷侧电流互感器二次电流相位相差180°。示意图如图4。

④差动保护的接地点和电动机保护回路调相

在差动保护的二次电流回路中，只允许有一个接地点，以防止地电流流入保护装置。此接地点一般在保护屏端子排上。

对于电动机的差动保护，首先要检查电动机动力电缆相序的正确性。如果电动机反转，需要进行调相时，中性点的电缆也要随之倒换，否则差动回路的电流互感器的接线将会出现错相问题。

⑤差动保护装置校验时的要求

校验差动保护装置,电源要求没有高次谐波干扰的稳压直流电源和工频交流电源；要求测量仪表精度至少在0.5级以上，毫伏电压表要求采用高内阻电压表；测量整组伏安特性时，要求通入继电器的电流应平稳上升，不能来回摆动，通入的电流应达到300安匝以上；

当被保护的变压器空载投入或者被保护电动机启动五次以上，差动保护装置不应该发生误动；当被保护设备带上一定满负荷时，流入差动装置的各侧电流的相量六角图应满足要求，用高内阻电压表测量执行元件线圈上的不平衡电压，不应大于150mV。

3． 其他电气设备试验项目

发电厂电气设备试验很多，如发电机、变压器的其他静态试验和动态试验；电动机动静态试验；高压断路器试验；电流、电压互感器试验；电缆试验；绝缘油试验；电容器、避雷器试验；高压母线试验；接地电阻试验等。具体的试验要求可以根据《电气装置安装施工电气设备交接试验标准GB50150-91》中相应篇章所要求的项目进行。

三 厂用电系统受电

1． 厂用电受电的方式

1）新建电厂

厂用电的正式电源要从系统电网送来，经高压变压器送到高压备用段，再由低压备用变压器送往各个低压系统，从而为厂用辅机提供启动电源。如果升压站工程因故不能按期竣工，而汽机、锅炉的附属设备要进行分部试运行，也可利用合适的临时电源先对新建电厂的厂用电系统进行受电。

2）扩建电厂

由于老厂厂用备用电源已经正常运行，可以将厂用备用电源送到新建机组，为扩建电厂厂用辅机提供启动电源。

2． 厂用电受电前要完成的工作

1）制定受电范围，并明确提出投产范围。

2）所有相关的土建工程已经结束，并经过业主、安装、和土建三方验收合格。

3）所有列入受电范围的一次、二次电气设备，已经全部安装完毕并经过质量检测部门验收合格，由调试单位按照交接验收规范的规定进行电气试验，并提供试验报告。

4）将要受电的设备的继电保护已经按照有关部门提供的整定值整定完毕，并提供相应的试验报告。

5）受电部分和施工部分已经隔离，并挂有明确的带电标识牌。

6）受电程序方案和受电的设备编号、有关图纸、运行规程等都已准备齐全。

7）受电部分的照明、通讯以及消防设施可以正常投入使用，各项安全措施已经制定。

8）各个调试组已经建立，并进行上岗学习。

3． 制定系统受电方案

对新建火电站来说，系统受电也就是，系统经过升压站从局域电网倒送受电。它不但为电厂厂用电部分提供电源，而且也是日后发电机向外输电的通道。制定系统受电方案主要分为系统受电前的调试工作方案和倒送电方案。

1）受电前的调试工作

①线路本侧和对侧的联合调试（主要是指线路的高频保护）

②线路参数试验（一般由线路施工单位负责进行）

③升压站母线差动保护的检查

④升压站各个高压设备的试验和调试（主要包括：变压器、高压断路器、电流互感器、电压互感器等设备的调试试验）

⑤载波通讯、微波通讯的联合调试（一般由线路施工单位负责进行）

⑥有关厂用电系统的一次设备的检查和试验

⑦厂用电设备的二次回路调试检查

2）系统受电方案

①系统受电的一次系统图（标明设备编号、有关接地点等）

②开列主要受电设备清单

③新建线路首次受电方案

④升压站母线及其设备受电方案

⑤升压站PT核对相序方案

⑥高压厂用变冲击合闸方案

⑦对6KV母线充电、并检查核对相序方案

⑧对0.4KV母线充电并核对相序方案

⑨在一定负荷下检查CT二次回路接线及其相位方案

4． 厂用点受电时可能出现的异常现象

厂用电受电时经常出现的异常现象是由于切合空载母线时母线电容与电压互感器的电感形成铁磁谐振而发生的过电压现象。如图7、图8。

图5 110V母线一次图 图6 谐振电压波形示意图

图5是110KV母线分段运行的情况。电源A送至一段母线，电源B送至二段母线。当断路器1DL断开时，曾经出现一段母线电压接地信号，母线电压由115KV上升到118KV，而二段母线电压则指示正常。分析原因是由于1DL断口电容与该段PT发生谐振，从而使一段电压升高。谐振电压波形如图6所示。

解决问题的办法是：在该段PT剩余电压绕组的出口串接一个大小合适的电阻，谐振现象即可消失。

四 机组整套启动

1． 启动前的准备工作

1）编写机组整套启动调试方案，并提交启动委员会批准。在启动方案中，应明确指出整套启动负责人、运行负责人、检修负责人，排出机组启动试运期间值班人员名单。

2）提交各个系统分部试运的试验报告，并对其安装质量和试验调试结果进行检验，检验结果符合国家有关规范的规定。

3）提交机组启动过程中的专业试验方案，并明确试验接线和所用试验仪器，准备试验表格和发电机、变压器、励磁机等大型设备的出厂试验报告及特性曲线，以备试验时进行查对。

4）启动前应测量电气主要设备的绝缘，如发电机转子和定子绕组，励磁机定子和转子绕组，主变压器各侧绕组，发电机-变压器组联络母线，厂用工作变压器各侧绕组和电压互感器等的绝缘电阻等，均应合格。

5）安装单位应按照调试大纲的要求，提前装好发电机短路排，准备单相、三相接地用接地线至少各一副。

6）机组运行人员已经上岗，并保证电气各个车间通讯和照明完好，消防设施已经投入使用。

2． 发电机-变压器组在启动过程中的试验

1） 发电机低速情况下试验

在发电机低速情况下（400～1200r/min），可以检查励磁机的性能，即检查直流励磁机的自励性能和输出端子的极性，检查交流励磁机，当外加直流励磁时的输出电压是否满足要求。还可以利用发电机的残压核对发电机的相序。

当发电机转速稳定在3000r/min时，可以进行励磁机空载特性试验，但必须注意检查励磁回路，主励开关必须在断开位置。

2）发电机-变压器组在短路情况下的试验

发-变组短路状态下试验的目的是，再一次检查电流回路的完整性极其相序、相位的正确性；录制短路特性；用一次电流检验继电保护回路的正确性；在额定电流下进行短路灭磁，录取此时的时间常数，检验灭磁开关的性能等。

①录取三相短路特性

短路点可以在发电机出口短路，也可以在主变压器出口短路。缓慢升高发电机的定子电流，上升到额定电流为止，可以测量4、5点，并记录定子三相电流的标准表、盘表，励磁电流标准表、盘表，励磁电压标准表、盘表，励磁机励磁电流，励磁电压表，以及横差保护电流回路中的不平衡电流等。根据记录数据，立即绘出短路特性曲线和励磁机负载特性曲线，并与设备制造厂家进行比较，如果误差过大，应查明原因，并进行处理。

②检查继电保护回路的正确性

检查的重点应放在对发-变组差动保护回路的检查，当发电机定子电流 增加到额定值，分别检查差动回路两端电流互感器二次电流，并测量不平衡电流，或者用高内阻电压表测

量差动绕组上的不平衡电压。同时测量并画出电流向量六角图。

还可以通过短接一组电流互感器二次绕组，检查差动回路接线的正确性。此时注意断开差动保护装置的保护出口压板，并测量差动绕组上的电压值。

如果有条件的话，还可以通过短接一次回路的方法，即分别短接发电机出口和变压器出口一次母线，来模拟内部短路故障和外部短路故障，从而检验差动装置的正确性和可靠性。

③测量定子短路状态下的灭磁时间常数

此试验的主要目的是在测量短路时的灭磁时间常数，同时检查自动灭磁开关的工作情况。试验时先将定子励磁到额定电流，然后启动示波器，随即断开自动灭磁开关，同时进行录波。应录的波形为定子电流、转子励磁电压，转子励磁电流。试验后注意检查自动灭磁开关消弧触头和主触头的情况，灭磁电阻是否完好，有无烧损的地方。另外，还要检查灭磁曲线的好坏，判断自动灭磁开关的性能。

3）发电机-变压器组开路情况下的试验

试验的主要目的：检查发电机电压回路；录制发电机空载特性；继电器动作检查；录制发电机变压器组的空载特性等。

①电压回路的检查

利用手动调节励磁，将发电机电压分别升高到将近额定电压的三分之一、五分之一处停下，分别检查各个带电设备有无异常情况，并测量发电机电压互感器二次电压的幅值和

相序，一切正常后，再将发电机电压升到额定值，并对带电设备再进行检查和测量。

②录制发电机空载特性

录取空载特性时，必须读取定子三相电压、转子电压、转子电流、励磁机电压和电流等，监视发电机出口电压互感器的开口三角形电压和发电机横差保护电流互感器的二次电流。

合上灭磁开关增加励磁，在发电机电压上升的过程中，分几点读取各个数值，直到发电机定子电压升到1.3倍额定电压。根据规范对发电机进行5min匝间耐压试验，然后分几点下降读值。根据采集的数据，画出发电机空载特性。

③检查继电保护回路

当发电机电压逐渐升高时，注意观察发电机电压回路继电器的动作值，当发电机电压下降时，注意观察继电器的返回值；当发电机电压达到额定时，测量负序电压滤过器输出的不平衡电压及断线闭锁继电器的不平衡电压。重点检查的继电器有：所有电压继电器、失磁保护继电器、低电压过流保护回路、强励回路继电器、负序继电器等。

在发电机升压过程中，还可以进行发电机定子一点接地保护试验。试验是在发电机中性点上接上一根接地线来模拟发电机中性点接地，然后增加励磁，直到定子一点接地保护动作后，再将电压将到零。

④录制发电机变压器组的空载特性

此项目是在变压器零起升压过程中，同时读取几点数值，试验过程和发电机空载特性

相仿。但发电机电压只升到1.1倍额定电压，同时读取发电机电流，即变压器的励磁电流值。同时注意检查变压器的运行情况。

4）自动励磁调节器在整套启动时的试验

其主要试验项目为：自励恒压系统模拟试验（当采用时）；自励恒压系统闭环试验（当采用时）；励磁调节器模拟试验；励磁调节器闭环试验（阶跃响应，频率特性，调节器互相切换等）；带负荷后的试验（检查整流柜均流均压情况，检查低励限制单元，检查调差装置的接线等）；甩负荷试验等。

由于各个厂家产品的性能不尽相同，这里不再详述。一般的试验规则大都是，先手动调节励磁调节器进行励磁，待发电机的特性试验作完以后，再作励磁调节器在自控方式下的各项试验。

3． 发电机变压器组的并网

发电机与系统并列时，应符合三个条件：发电机电压与系统电压相近；发电机频率与系统频率相近；发电机相序与系统相序相符。发电机要进行并列，一般经过以下几个程序：定相；假同期；手动准同期并网；自动准同期并网。

1）定相

单元机组的一次系统图如图7所示，Ⅰ段为工作母线，Ⅱ为备用母线。定相顺序为：

图7 单元机组系统图 图8 厂用电一次系统图

①使系统备用母线处在备用状态，并检查厂用工作变低压侧断路器在断开位置。

②发电机升压到额定电压，并合上断路器DL1，使备用母线带电。

③检查电压互感器YH1和YH二次电压相序正确。在同期装置的端子排上，检查系统电压U和发电机电压U′应满足：

Uab=Ubc=全值；Ua′b′=Ub′c′=全值；Uaa′=Ucc′≈0。

④在主控室合上DL1用的同期开关，将同期装置投入，观察同期表指示在同期位置，同期闭锁继电器在闭合位置。

⑤将发电机电压降为零，断开断路器DL1合隔离刀闸GK5。

⑥合上断路器DL，将系统电压送到备用母线上。

⑦在相同位置检查YH二次电压相序正确，并与③项测量的一致。

⑧在同期装置取样的系统电压合发电机电压上各接一块300V电压表，以测量电压系统电压与发电机电压之间的Uaa′和Ucc′。将发电机电压升到额定值，合上DL1同期开关，投入同期装置的同期表，观察同期表的指示和电压Uaa′、Ucc′的变化。

同期表指示为00时，Uaa′、Ucc′均为0V，同期闭锁继电器闭合；当同期表指示为1800 时，Uaa′、Ucc′ 均为最大，同期闭锁继电器断开。

2）假同期

由于是第一次并列，操作人员通过假同期来熟悉设备。顺序如下：

①检查发电机出口隔离开关GK5 在断开位置并加锁。

②手动调节发电机电压，使其与系统电压相等；用电动调节汽轮机转速，使发电机频率略高于系统频率。

③当同期表指针转动速度大约为8s/周时，根据DL1的合闸时间，在同步点的越前位置，成功合上DL1。

④如此操作2次，试验结束。降低发电机电压，断开灭磁开关。

3）手动准同期并网试验

将发电机出口隔离刀闸GK5合上，按照假同期的顺序，用手动的方式，将发电机并入系统。

4）自动准同期并网试验

装有自动准同期装置的电厂，在手动准同期将发电机并网以后，再将发电机解列，然后进行自动准同期装置的试验。具体项目为：

①将发电机电压调整到高于或低于系统电压，检查装置自动调压的性能。

②将汽轮机转速调整到高于或低于系统频率，检验装置自动调频的特性。

③检查自动准同期装置的合闸功能，同时测定装置的越前时间。

4． 发电机带负荷后的试验

1） 测量电流回路的向量图。

2） 检查各种带方向性的继电器（逆功率、失磁等）的接线。

3） 测量差动保护的不平衡电压。

4） 测量负序电流元件和负序过滤器的不平衡电压。

5） 在各种负荷情况下测量发电机定子接地保护的电压。

6） 在各种负荷情况下，测量发电机横差保护的不平衡电流。

7） 自动励磁装置并网后的试验。

8） 测量轴电压。

9） 定时记录发电机系统各有关表计的读数。

5． 厂用电源核相和切换

1）厂用电核相

厂用电进行切换之前，必须对厂用电工作电源和备用电源进行核相。核相的时间最好放在整套启动之前进行。具体的核相方法如下：

①厂用电一次接线如图8。首先利用高压公用变压器对厂用电Ⅰ、Ⅱ段母线送电，对电压互感器定相。投入两段电压互感器YH1、YH2，在其二次侧测量相序正确，各相电压和线电压均相等，并符合下表规定。

电压互感器端子 a1a2 a1b2 a1c2 b1b2 b1a2 b1c2 c1c2 c1a2 c1b2

线电压 0 Un Un 0 Un Un 0 Un UN

②利用主变、厂用工作变对厂用母线Ⅰ、Ⅱ段送电。应注意在发电机出线处断开（拆除一段母线或者断开隔离刀闸）。按照上述方法，再次对Ⅰ、Ⅱ段母线的电压互感器进行核相。相序正确，电压值符合上表。

③断开厂用母线分段开关3DL，利用厂用变带厂用Ⅰ段母线，利用高压备用变压器带厂用Ⅱ段母线。同样用上述方法进行Ⅰ、Ⅱ段电压互感器二次核相，相序正确，电压值符合上表。

④试验正常，将厂用母线分段开关3DL合上，记录环流值后，断开3DL。

2）厂用电切换

核相完毕，恢复发电机出口的临时措施，待发电机启动并网正常以后，合上断路器1DL，使厂用工作变压器与高压备用变压器并列运行，记录环流后，断开2DL开关，厂用负荷由厂用变压器供电，高压备用变压器作为备用电源运行。从而完成了厂用电的切换。

五 技术资料的整理和技术总结

提高调试工作的质量除了要求电气调试人员自身的技术素质以外，主要还是凭借调试人员对现场工作经验的积累。因此，在每个工程的电气调试工作结束以后，必要的技术资料的整理和技术总结显得非常必要。其中包括：

1． 工程简况

2． 重要设备、复杂设备和新型设备的调整和调试记录；

3． 设计修改以及存在的缺陷，设计修改后的优势；

4． 重大事故分析报告；

5． 尚待解决的技术问题；

6． 调试过程中采用的新技术，新经验的总结等。