發電機故障停機的分析及處理方法

摘 要：文章主要介紹了某發電廠發電機故障停機的真實案例，通過分析導致故障的基本原因，再結合電氣高壓試驗工作，最終排除了安全隱患。

關鍵詞：發電機；出口電纜；泄漏電流；交流耐壓

1 概述

2015年6月，某發電廠其中一臺10.5kV、27MW的發電機在運行中突然保護裝置動作，同時發電機出口開關跳閘，機組緊急停機。經檢查，系該發電機B相出口電纜頭靠端部位置燒焦擊穿后接地導致，通過對故障原因分析判斷，并結合電氣相關事故搶修工作，最終確保該發電廠機組安全可靠運行，滿足電網調頻調峰的需要。

2 故障原因分析

通過對B相出口電纜以及周邊的運行環境檢查，總結出故障原因可能由以下幾方面構成。

2.1 機械損傷

由于該發電機隸屬燈泡貫流式水輪機組。受地理環境影響，發電機出口開關設在機組上層，而發電機設在下層的燈泡殼內。因此電纜在施工鋪裝時所經過的路徑并非筆直的線路，彎曲的弧度很大，在一定程度上可能會造成內部絕緣的損傷。亦有可能在運輸時電纜被嚴重擠壓而使保護層和芯線損壞，同時交接驗收工作不到位埋下故障隱患。

2.2 施工不當

由于施工方法不良，在敷設電纜過程中，電纜外皮剮蹭到尖銳的墻體或角鐵部位，使電纜頭和中間的薄弱環節發生故障，導致絕緣層被擊穿。

2.3 絕緣受潮

經檢查，靠B相電纜端部位置的墻體有滲水現象，使水分侵入電纜內部，外皮受潮后而產生腐蝕。另外可能由于電纜本身質量問題，局部存在洞孔或細裂，在系統過壓運行時絕緣層被擊穿。

2.4 絕緣老化

受溫度、濕度、電場力等因素的長期作用，電纜在運行過程中絕緣逐漸下降、內部結構逐漸損壞。

3 故障對策實施

電力設備在運行中會經常遇到如操作過電壓、雷擊過電壓、故障過電壓等除電網電壓以外的工頻過電壓作用。而預防性試驗可以提前發現設備受過電壓后產生的某些缺陷，它是保證設備安全運行的重要措施之一。根據我國電力行業標準《電力設備預防性試驗規程》規定，橡塑電纜試驗需作如下幾個項目：

（1）絕緣電阻及吸收比的測量是進行各項高壓試驗的首要前

提，它對設備所施電壓較低，一般為500V～2500V之間，再加上操作時間短，故不會對設備絕緣缺陷造成累計傷害效應，不屬于破壞性試驗。通過2500V兆歐表測量B相電纜線芯對地或對金屬屏蔽層間和各線芯間的絕緣電阻后發現，15秒的讀數和60秒的讀數基本相同，電纜完全沒有吸收比，已經無法繼續投入運行，據以往經驗判斷，應該是受潮所致。結合對B相周圍環境的檢查，可以確定：靠電纜附近的墻體滲水是誘發這次故障的主要原因。由此相關部門對該墻體的創面做了緊急處理，保證不會有滲水現象發生。

（2）直流耐壓和直流泄漏電流試驗原理上基本一致，前者是對電力設備施加一定的直流電壓，在規定的時間內檢查絕緣中的受潮、機械損傷等局部缺陷，而直流泄漏測量則側重反映設備單相之間的絕緣老化平衡關系。由于B相電纜在擊穿燒焦過程中，波及了A、C兩相電纜，從外觀上看，這兩相電纜表皮也有熏黑的痕跡，在不能確保電纜內部絕緣好壞的情況下，應對A、C兩相進行絕緣電阻和直流泄漏的測試，首先對A、C相做絕緣電阻測試，A相R15秒讀數為180MΩ，R60秒讀數為370MΩ，吸收比>1.6。C相R15秒讀數為220MΩ，R60秒讀數為415MΩ，吸收比>1.6。具備直流耐壓和直流泄漏測試的條件，通過兩相泄漏電流試驗數據的比較，證明A、C相絕緣良好。

（3）交流耐壓試驗是鑒定電力設備絕緣強度最有效和最直接的方法，是預防性試驗的一項重要內容。根據檢修人員多年的試驗經驗證明：直流耐壓試驗不能有效地發現電纜中的絕緣缺陷，甚至在某種程度上會造成電纜的絕緣隱患。同時新版國標《電氣設備交接試驗規程》（GB50150-2006）及國內外有關部門也廣泛推薦采用交流耐壓取代傳統的直流耐壓。因此經研究決定，A、C相還要進行交流耐壓試驗項目。首先，用50kV交直流兩用SF6試驗變對電纜進行2.5倍額定電壓進行交流耐壓，但在升壓至18kV時，電流已達到15A。儀器過流保護動作自動跳電源開關，試驗無法進行下去。分析得知，這兩相電纜每根總長度接近50米。在工頻電壓下，由于電纜本身電容量較大，對試驗儀器裝置的電源容量也有較高的要求，傳統的交流耐壓試驗變壓器容量往往達不到要求，而達到要求的變壓器又因為重量和體積的原因，不便于對外檢修以及現場人工搬運，靈活性很差。因此決定，使用變頻串聯諧振試驗裝置進行交流耐壓試驗，它的體積與重量僅為為傳統試驗變壓器的1/2～1/3。

a.變頻串聯諧振試驗裝置由勵磁變壓器、變頻電源、諧振電抗器、電容分壓器組成，接線時，將回路中的電感和被試品（電纜）串聯。試驗時，調節回路中的電感、電容或頻率均可以使電感與電容滿足：ωL=1/ωC。此時在電感和電容上的電壓大大超過了回路外施電壓，電路產生諧振。

b.流過高壓回路的電流，在諧振狀態時達到最大值，即：Imax=U2/R，R為高壓回路等效電阻。

c.諧振回路中的品質因數Q=，這時試品上電壓

Uc=QU2，由于Q值遠大于1，所以U2遠小于Uc，因此試驗變壓器和調壓器的容量也可相應減小Q倍，以此達到低電壓、小容量電源來使電纜的絕緣承受高電壓考驗的目的。

d.值得注意的是，交流耐壓試驗屬于破壞性試驗，對電纜絕緣本身會造成累積傷害效應。因此在試驗中按規程規定，嚴格控制了試驗電壓和試驗時間、試驗次數。

4 故障隱患排除

A、C相經過1min的交流耐壓試驗后，沒有出現局部放電或者因絕緣損壞接地導致試驗回路跳閘的現象，證明這兩相絕緣合格，具備繼續運行的條件。研究決定，更換B相已損壞的電纜，同時對新更換的電纜做交接試驗項目。待試驗完成后，將新更換的B相電纜放置到位，結合A、C兩相再做一次直流泄漏試驗，因為DL/T 596-2005《電力設備預防性試驗規程》規定：在規定的試驗電壓下，最大泄漏電流在20μA以下者，相間差值與歷次試驗結果比較，不應有顯著的變化；各相泄漏電流的差別不應大于最小值的100%。試驗結果三相泄漏電流平衡，機組具備投運條件。

5 結束語

狀態檢修是國家電網提出“大檢修”體系下必然的發展方向。在這次故障處理過程中，通過對設備進行在線監測、在線診斷，實時掌握設備的運行情況、獲取設備運行特征參數是實現狀態檢修的基礎。

參考文獻

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