一起發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)跳機(jī)原因分析及對(duì)策

張?zhí)?/p>

(四川廣安發(fā)電有限責(zé)任公司，四川 廣安 638000)

1 設(shè)備概況

某電廠2×600 MW燃煤汽輪發(fā)電機(jī)組為東方電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)的QFSN-600-2-22C型由汽輪機(jī)直接拖動(dòng)的隱極式、二極、三相同步發(fā)電機(jī)，采用水氫氫冷卻方式，即定子繞組采用水內(nèi)冷方式，轉(zhuǎn)子繞組和定子鐵芯采用氫內(nèi)冷方式。從汽輪機(jī)向發(fā)電機(jī)方向看，其旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较颍捎渺o止可控硅機(jī)端變自勵(lì)方式勵(lì)磁。

發(fā)電機(jī)變壓器組(以下簡(jiǎn)稱發(fā)變組)采用單元接線，經(jīng)三相單相式變壓器升壓接入500 kV系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)經(jīng)分相封閉母線與主變壓器(以下簡(jiǎn)稱主變)、高壓廠用變壓器(以下簡(jiǎn)稱高廠變)、脫硫變壓器(以下簡(jiǎn)稱脫硫變)、勵(lì)磁變壓器(以下簡(jiǎn)稱勵(lì)磁變)及機(jī)端電壓互感器(PT)/避雷器相連。分相封閉母線至主變、高廠變、脫硫變、勵(lì)磁變及機(jī)端PT/避雷器的連接段均設(shè)有可供拆除的軟連接，軟連接外用橡膠皮包裹，防止粉塵、雨水進(jìn)入。

該600 MW發(fā)電機(jī)額定功率為600 MW，額定容量667 MV·A，機(jī)端額定電壓為22 kV，額定電流為17 495 A，額定勵(lì)磁電壓為400.1 V，額定勵(lì)磁電流為4 387.4 A，額定功率因數(shù)為0.9(滯后)，效率大于等于98.9%，額定轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，定子繞組接線方式為YY，出線端子數(shù)目為6，定子繞組絕緣等級(jí)為F級(jí)，定子線圈工頻耐受電壓為47 kV，強(qiáng)勵(lì)頂值電壓倍數(shù)大于等于2，允許強(qiáng)勵(lì)時(shí)間為20 s，負(fù)序電流承載能力：I2/IN=10%，(I2/IN)2t=10 s(其中：I2為負(fù)序電流標(biāo)幺值；IN為額定電流；t為故障時(shí)間)。

該機(jī)組發(fā)變組保護(hù)采用國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司生產(chǎn)的DGT801數(shù)字式發(fā)變組保護(hù)裝置。主要包括了600 MW發(fā)電機(jī)、主變、高廠變、勵(lì)磁變、脫硫變微機(jī)型繼電保護(hù)。發(fā)變組保護(hù)按雙套主保護(hù)雙套后備保護(hù)方案配置，為雙電源雙中央處理器(CPU)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)；保護(hù)壓板和出口壓板獨(dú)立設(shè)置，保護(hù)壓板為弱電回路，出口壓板為強(qiáng)電回路，分開(kāi)設(shè)置可保證發(fā)變組保護(hù)裝置的強(qiáng)弱電嚴(yán)格分開(kāi)。發(fā)變組保護(hù)分為電氣量保護(hù)(雙套配置)和非電氣量保護(hù)(單套配置)，兩套電氣量保護(hù)正常時(shí)，“與”出口組合，當(dāng)一套保護(hù)異常時(shí)，可退出其出口，另一套可正常運(yùn)行。

發(fā)變組主保護(hù)有：發(fā)變組差動(dòng)保護(hù)，主變差動(dòng)保護(hù)，高廠變差動(dòng)保護(hù)，勵(lì)磁變差動(dòng)保護(hù)，脫硫變差動(dòng)保護(hù)，發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)以及發(fā)電機(jī)定子匝間、轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地保護(hù)。發(fā)電機(jī)后備和異常運(yùn)行保護(hù)有：發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)、發(fā)電機(jī)失磁保護(hù)、發(fā)電機(jī)對(duì)稱過(guò)負(fù)荷(反時(shí)限)保護(hù)、發(fā)電機(jī)負(fù)序過(guò)負(fù)荷(反時(shí)限)保護(hù)、轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)、發(fā)電機(jī)逆功率保護(hù)、發(fā)電機(jī)程序跳閘逆功率保護(hù)、發(fā)電機(jī)頻率異常保護(hù)、發(fā)電機(jī)過(guò)激磁保護(hù)、發(fā)電機(jī)失步保護(hù)及發(fā)電機(jī)低阻抗保護(hù)。

2 事故經(jīng)過(guò)

2013-06-06 T 01:16，該廠600 MW機(jī)組事故跳閘，機(jī)組跳閘首出原因?yàn)榘l(fā)變組A，B保護(hù)屏上的發(fā)電機(jī)3U0定子接地保護(hù)同時(shí)動(dòng)作，機(jī)組大聯(lián)鎖動(dòng)作，即鍋爐主燃料跳閘(MFT)后聯(lián)跳汽輪機(jī)。

機(jī)組跳閘后，電氣專業(yè)相關(guān)人員立即趕到現(xiàn)場(chǎng)，仔細(xì)檢查，逐一排查，分析原因。

(1)發(fā)變組保護(hù)A，B屏發(fā)電機(jī)機(jī)端零序電壓3U0t動(dòng)作值為73.5 V(整定值為5.0 V)，中性點(diǎn)零序電壓3U0n動(dòng)作值為49.0 V(整定值為3.2 V)，延時(shí)6 s跳發(fā)電機(jī)。由于發(fā)變組A，B保護(hù)屏定子接地保護(hù)取自不同的PT，2套保護(hù)同時(shí)動(dòng)作，可以排除發(fā)變組A，B保護(hù)屏同時(shí)誤動(dòng)的可能性。

(2)查閱發(fā)電機(jī)故障錄波器，發(fā)電機(jī)定子三相電流波形在事故前、后無(wú)明顯突變，但定子三相電壓波形在機(jī)組跳閘前6 s發(fā)生了突變，A，B相電壓上升，C相電壓下降，主變高壓側(cè)三相電壓也發(fā)生同步突變，參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 主變高壓側(cè)參數(shù)

(3)汽機(jī)房6.9 m發(fā)電機(jī)機(jī)端3組PT和避雷器無(wú)放電痕跡和損傷現(xiàn)象。監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)機(jī)端PT至發(fā)變組保護(hù)柜、勵(lì)磁調(diào)節(jié)柜電壓回路正常。

(4)故障前、后發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓、勵(lì)磁電流及其波形正常。

(5)故障前、后發(fā)電機(jī)定子冷卻水電導(dǎo)率為0.56×102μS/cm，pH值為7.2，正常。

(6)500 kV升壓站線路故障錄波器，500 kV I組母線、Ⅱ組母線電壓和線路電流及其波形無(wú)明顯變化。

進(jìn)入高中的學(xué)生，分?jǐn)?shù)一定是達(dá)到了高中錄取分?jǐn)?shù)線。嚴(yán)格意義上講，學(xué)生已經(jīng)有了一定的知識(shí)儲(chǔ)備，已經(jīng)掌握了一些基本的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)技能，就數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)而言，學(xué)生應(yīng)當(dāng)具備了學(xué)習(xí)高中數(shù)學(xué)基本知識(shí)的常識(shí)和能力。學(xué)生能學(xué)是教學(xué)的一個(gè)基本前提，相信學(xué)生能學(xué)，我們的教學(xué)就有了希望。

(7)汽機(jī)房6.9 m室內(nèi)分相封閉母線無(wú)明顯進(jìn)水現(xiàn)象(天下大雨，無(wú)法進(jìn)行室外檢查)。

電氣專業(yè)人員檢查后，匯總分析認(rèn)為，發(fā)電機(jī)三相電壓變化明顯，尤其是A，B相電壓明顯上升，C相電壓明顯突降，三相電壓波形變化符合C相定子接地故障現(xiàn)象，但發(fā)電機(jī)三相定子電流變化不明顯，說(shuō)明發(fā)電機(jī)定子沒(méi)有明顯的接地故障，至少?zèng)]有金屬接地故障。該故障現(xiàn)象很蹊蹺，但電氣專業(yè)人員仍持謹(jǐn)慎的態(tài)度，認(rèn)為發(fā)電機(jī)定子回路可能存在故障，需要繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)檢查，機(jī)組暫不恢復(fù)運(yùn)行。

3 檢查試驗(yàn)處理情況

按照DL/T 596—2005《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》，電氣專業(yè)制訂發(fā)電機(jī)定子接地檢查試驗(yàn)方案，并逐一實(shí)施。

2013-06-06，檢修人員對(duì)發(fā)電機(jī)機(jī)端分相封閉母線、中性點(diǎn)以及PT二次回路等進(jìn)行了相關(guān)檢查，未發(fā)現(xiàn)異常；對(duì)發(fā)變組保護(hù)裝置及裝置的電流、電壓采樣值進(jìn)行了加量試驗(yàn)，均正常。

同時(shí)，檢修人員對(duì)發(fā)電機(jī)本體進(jìn)行了初步檢查，未發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)機(jī)殼外有積水、漏油等情況；對(duì)勵(lì)磁變、機(jī)端出線封閉母線、中性點(diǎn)接地變壓器及PT等電氣回路和設(shè)備進(jìn)行了檢查，未發(fā)現(xiàn)故障跡象；對(duì)發(fā)電機(jī)出口1PT，2PT，3PT進(jìn)行交流耐壓測(cè)試，測(cè)試合格。

2013-06-07，生產(chǎn)部安排拆除主變、高廠變、脫硫變、勵(lì)磁變、發(fā)電機(jī)定子出線與分相封閉母線的軟連接，準(zhǔn)備對(duì)發(fā)電機(jī)分相封閉母線進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。檢修人員在拆除主變低壓側(cè)升高座上方的軟連接處的橡膠伸縮套時(shí)，發(fā)現(xiàn)主變C相低壓側(cè)橡膠伸縮套管密封筒積滿了雨水，拆除密封筒底座排水管道手動(dòng)門，排盡水后發(fā)現(xiàn)該密封筒內(nèi)壁有輕微電弧放電痕跡，說(shuō)明故障原因是主變C相低壓側(cè)升高座密封筒積水，使發(fā)變組C相經(jīng)封閉母線外殼對(duì)地呈高電阻接地，致使發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓和主變高壓側(cè)C相電壓突降，機(jī)端3U0定子接地保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)。

為了驗(yàn)證以上的判斷，拆除主變、高廠變、脫硫變、勵(lì)磁變、發(fā)電機(jī)出線與分相封閉母線的軟連接后，對(duì)發(fā)電機(jī)分相封閉母線進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)(試驗(yàn)電壓50 kV，持續(xù)時(shí)間1 min)，試驗(yàn)合格。

2013-06-16，汽輪機(jī)缸溫降至120 ℃，停盤車，將發(fā)電機(jī)內(nèi)部的氫氣置換成空氣，定子冷卻水投運(yùn)正常，定子冷卻水電導(dǎo)率小于0.015 μS/cm，拆除發(fā)電機(jī)與分相封閉母線的軟連接，解開(kāi)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)，布置好安全措施后，試驗(yàn)人員對(duì)發(fā)電機(jī)定子做交流耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓30 kV(發(fā)電機(jī)交流耐壓試驗(yàn)是在不抽轉(zhuǎn)子、不對(duì)發(fā)電機(jī)機(jī)端及定子膛內(nèi)做清潔的情況下進(jìn)行試驗(yàn)的，因而耐壓試驗(yàn)值取30 kV)，試驗(yàn)時(shí)間1 min。該交流耐壓試驗(yàn)合格，說(shuō)明發(fā)電機(jī)定子線圈不存在絕緣損傷，不需要對(duì)發(fā)電機(jī)抽轉(zhuǎn)子，也不需要做發(fā)電機(jī)空載試驗(yàn)和短路試驗(yàn)。

4 發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)跳機(jī)原因分析

(1)主變C相低壓側(cè)升高座上方的橡膠伸縮套破裂，有一道長(zhǎng)約10 cm、寬約2 mm的裂縫，下大雨時(shí)雨水順著該裂縫進(jìn)入套管密封筒。

(2)檢查套管密封筒底座排水管道，排水管道上有一銅質(zhì)手動(dòng)門，手動(dòng)門門桿行程是“全開(kāi)”的，但閥門沒(méi)有水滴痕跡，懷疑該手動(dòng)門閥芯脫落堵塞排水管道，于是拆除該手動(dòng)門，發(fā)現(xiàn)該手動(dòng)門閥芯沒(méi)有脫落，但被鐵銹皮堵塞，掏出鐵銹后排水正常。

(3)套管密封筒排水后，檢查密封筒內(nèi)壁有輕微電弧放電痕跡，說(shuō)明該處就是定子接地故障點(diǎn)。由于主變C相低壓側(cè)升高座套管密封筒積水，沒(méi)有形成金屬性接地，使發(fā)變組C相經(jīng)分相封閉母線外殼對(duì)地呈高電阻放電，形成非金屬接地，致使發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓突降至9.2 kV(額定值12.7 kV)，A，B相電壓突升至13.0，14.7 kV，主變高壓側(cè)C相電壓突降至207 kV(額定值305 kV，A，B相電壓因500 kV系統(tǒng)為中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)，仍保持305 kV，沒(méi)有變化)，相電壓波形變化明顯，而發(fā)電機(jī)定子三相電流變化較小(A，B，C三相電流分別為12.60，12.88，13.11 kA)，使發(fā)電機(jī)機(jī)端三相電壓不平衡，A，B發(fā)變組保護(hù)屏3U0接地保護(hù)正確動(dòng)作。

查閱相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)該機(jī)組自2006年投運(yùn)以來(lái)，一直未更換主變低壓側(cè)升高座上方的橡膠伸縮套。橡膠伸縮套膠皮老化破損沒(méi)有及時(shí)發(fā)現(xiàn)，遇夏季大暴雨，雨水從裂縫進(jìn)入伸縮套；同時(shí)，C相低壓側(cè)升高座下部排水管上的銅質(zhì)閥門門芯被鐵銹堵塞，排水不暢而積水，引起C相對(duì)地放電，觸發(fā)發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動(dòng)作。

5 整改措施

(1)立即拆除該機(jī)組主變、高廠變、脫硫變與分相封閉母線的軟連接外橡膠伸縮套底座的排水管道手動(dòng)門，改為直接敞排。

(2)立即檢查和更換破損的主變、高廠變、脫硫變與分相封閉母線相連的橡膠伸縮套。

(3)利用調(diào)停備用機(jī)會(huì)，將該廠其余機(jī)組的主變、高廠變、脫硫變排水管道上的手動(dòng)門拆除，改為直接敞排。

6 預(yù)防措施

主變、高廠變、脫硫變與分相封閉母線軟連接處的橡膠伸縮套長(zhǎng)期處于室外，日曬雨淋，易老化破損，應(yīng)納入逢停必檢項(xiàng)目。

(1)取消主變、高廠變、脫硫變與分相封閉母線相連的排水管道上的手動(dòng)門，直接敞排，以防排水不暢。

(2)將主變、高廠變、脫硫變與分相封閉母線相連的橡膠伸縮套列為標(biāo)準(zhǔn)檢修項(xiàng)目。大修時(shí)，更換主變、高廠變、脫硫變的橡膠伸縮套；小修時(shí)，檢查主變、高廠變、脫硫變橡膠伸縮套的密封性。

(3)發(fā)變組預(yù)防性試驗(yàn)前，應(yīng)檢查主變、高廠變、脫硫變橡膠伸縮套的密封性。

(4)將主變、高廠變、脫硫變橡膠伸縮套的密封性檢查列為防汛度夏檢查項(xiàng)目，每年對(duì)停備機(jī)組的橡膠伸縮套進(jìn)行1次密封性檢查。

(5)高廠變和啟備變低壓側(cè)共相封閉母線的橡膠伸縮套也應(yīng)納入標(biāo)準(zhǔn)檢修項(xiàng)目，并將其伸縮套下部的排水管道手動(dòng)門取消，直接敞排。

(6)橡膠伸縮套有破損時(shí)應(yīng)立即處理，并將破損情況、處理情況、供貨廠家等信息記錄歸檔，便于分析該橡膠伸縮套的材質(zhì)并優(yōu)選物資供貨單位。

7 結(jié)束語(yǔ)

電廠必須從項(xiàng)目基建開(kāi)始，加強(qiáng)設(shè)備安裝、檢修管理和技術(shù)監(jiān)督管理，杜絕檢修管理漏項(xiàng)，重視室外設(shè)備及其附件的定檢和維護(hù)，不斷完善規(guī)程和制度，并將《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》和《國(guó)家電網(wǎng)十八條》貫穿在電力生產(chǎn)全過(guò)程管理中，制訂詳細(xì)的檢查項(xiàng)目，并認(rèn)真檢查現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，及時(shí)查出并消除隱患，才能控制和預(yù)防事故。

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