油質劣化導致軸電流保護動作的事故分析與處理

潘雪石，侯錄江，徐 桅，李甲駿，楊 瑩

（1.河北張河灣蓄能發電有限責任公司，河北 石家莊 050300；2.河北易縣抽水蓄能有限公司籌建處，河北 保定 074200）

油質劣化導致軸電流保護動作的事故分析與處理

潘雪石1，侯錄江2，徐 桅1，李甲駿1，楊 瑩1

（1.河北張河灣蓄能發電有限責任公司，河北 石家莊 050300；2.河北易縣抽水蓄能有限公司籌建處，河北 保定 074200）

介紹了一起250 MW蓄能機組因上導油盆內的雜質聚集在絕緣墊附近，導致軸流回路電阻降低，引起機組軸電流保護動作的事故。通過對上導軸承的拆卸和清潔恢復了機組正常狀態，暴露出導軸承維護周期偏長的問題，對同類型機組運維工作具有借鑒意義。

軸電流保護；電氣跳機；上導軸承；解體

1 故障介紹

張河灣電站位于河北省石家莊市井陘縣境內，是一座日調節純抽水蓄能電站，電站樞紐工程包括上、下水庫、輸水系統、地下廠房、開關站等組成。電站單機容量250 MW，總裝機容量1 000 MW，安裝了4臺單級可逆式水泵水輪發電機組，以一回500 kV線路接入河北南部電網。

2015年2月17日04:33，1號機抽水運行中出現1號機軸電流保護動作報警，1號機電氣跳機，甩負荷-250 MW。

監控出現如下報警信息：

U01_JA01_EW100_DI01 ShutDown-A；

U01_JA01_EW100_DI03 Comm.Elec.Equip.Trip；

U01_GA01_ELEFLT_DI01UnitElecticalFAULT。

運維人員對1號機組保護A盤進行檢查，確認為軸電流保護動作導致機組電氣跳機。同時對發電電動機軸電流保護接地碳刷進行檢查，未見異常；對軸電流保護CT二次回路和軸電流保護裝置進行檢查，未見異常；整個事故過程及后續試驗中，軸電壓表指示始終為0。經過對軸電流回路進行分析，初步懷疑上導油盆透平油質量下降，導致絕緣降低，因此對1號機組上導軸承的透平油進行了更換，將全部透平油排出，注入新油。

2月18日，將1號機組軸電流保護由掉閘改為信號，進行1號機組抽水調相工況啟動試驗，機組雖然啟動正常，但是軸電流保護報警信號仍然存在，相關絕緣數值仍然較低。

5) 定植密度：株行距3.5 m ×3.5 m；穴植，穴規格1.0 m × 0.8 m × 0.5 m。每穴可植3～5株。

2月27日至3月1日張河灣電站申請機組退備，對上導油盆進行了拆解，徹底清洗了油盆內各個部件，回裝后進行了機組試轉及并網試驗，軸電流保護運行正常，未產生報警信號。

2 原因分析

2.1 保護原理

張河灣電站發電機為傘式結構，設置有一套軸電流保護用于監視發電機運行過程中的軸電流大小，定值1.0 mA延時10 s。通過對發電機上導軸承的結構進行分析，判斷可形成軸電流回路共有4條：1條是上導瓦面+油膜+絕緣墊（如圖1所示），其他3條都是梳齒密封+絕緣墊。發電機制造商對上述第1條回路的絕緣墊阻值設置有絕緣監視，而其余3條未設置絕緣監測，不便直接判斷絕緣情況。在此次缺陷處理過程中，重點對梳齒密封間隙是否有金屬顆粒、上導瓦面、各絕緣墊（絕緣套筒）等部位進行檢查，同時對上導軸承的油樣進行了化驗。具體分析如下：

（1）軸電流保護是一套“mA級過電流保護”，當檢測到通過②大軸CT電流超過設定值（1.0 mA）時，延時（10 s）出口動作電氣跳機。

（2）軸電流保護范圍為：②大軸CT以上部分，即主要是①上導瓦部分；閉合回路a是軸電流保護動作回路，其前提條件是：上導瓦油膜電阻值+（131-132之間絕緣墊電阻值）+（132-133之間絕緣墊電阻值）=電阻值和，可見，此時若上導瓦油膜消失，同時金屬顆?；螂s質附著在131-132之間絕緣墊及132-133之間絕緣墊處時，整個軸電流的回路構成，即使大軸上感應的軸電壓很低，但此時回路電阻值很小，將足以產生較大的軸電流，這也就是為什么在保護動作時，軸電壓表未顯示讀數的原因。

圖1 軸電流配置及動作回路示意圖

2.2 保護動作后更換上導透平油前后相關測量數據分析

處理過程中，對發電機端子箱SP04內端子131、132、133進行了測量，數據見表1。

表1 1號機組直阻測量數據

3 處理過程

為了徹底清理上導油盆內雜質，張河灣公司申請機組退備，對上導油盆進行了拆解，徹底清洗了油盆內各個部件，回裝后進行了機組試轉及并網試驗，軸電流保護運行正常，未產生報警信號。

從圖2可以看出，絕緣墊的厚度不是很厚（約2 mm），在接縫處粘附有黑色雜質，其中可能含有碳刷磨損后產生的碳粉，當黑色雜質聚集一定數量，在電磁場作用下，就會將上面的上導瓦支撐與下面的上機架連通，從而形成了軸電流保護的電流回路，引起軸電流保護動作。

圖2 絕緣墊環細節圖

在發電機端子箱內測量131-132、132-133間的直阻或絕緣就是為了判斷此絕緣墊環上下兩層的絕緣是否良好。

對油盆內各個部位拆解的所有部件進行清潔，回裝完畢充完油后，再次測量131-132、132-133之間的阻值，與軸電流保護動作后測量的數據進行了對比，131-132間（上絕緣層）電阻由原來的1 kΩ左右上升至145 kΩ，132-133（下絕緣層）有原來的300 Ω左右上升至150 kΩ左右，電阻值明顯提高，清潔油盆內部及絕緣墊環的作用明顯。此外，對于所有螺栓的絕緣套筒進行絕緣檢查，結果均正常，同時也進行了相應的清潔。

1號機組恢復運行后，張河灣公司嚴密監視131-132間、132-133間絕緣情況，未發現異常，1號機組軸電流保護也未產生報警，由此可見，1號機組上導油盆清理工作取得了較好的效果。張河灣公司通過此次缺陷處理，積累了寶貴的經驗，為今后機組的軸電流回路檢查及上導軸承的檢修工作打下了較好的基礎。

4 暴露問題

（1）設備維護不到位，發電機導軸承油盆定期解體清掃檢查的周期偏長。

（2）對發電機軸電流保護日常維護不到位，未能按期監測回路阻值。

（3）未將發電機上導軸承油盆底部的梳齒密封檢查列入日常工作。

（4）機組檢修項目執行不到位，未能徹底跟蹤處理。

5 防范措施

（1）增加機組檢修項目：每兩年進行發電機軸承油盆解體檢查及清洗。

（2）定期測量軸電流保護回路阻值，監測絕緣墊環的絕緣情況，發現異常及時處理。

（3）將發電機上導軸承的上油盆蓋、油盆底部的梳齒密封檢查納入機組定檢項目，定期檢查梳齒密封間隙內是否有雜質或顆粒。

6 結語

目前國內蓄能機組普遍進入“大運行”階段，要求年發電量按照設計值控制，這對蓄能機組的運行維護工作提出了新的考驗。本文介紹的一起因油質劣化，雜質沉積導致的軸電流保護動作跳機事件，為蓄能電廠在新常態下的檢修項目策劃和日常維護工作敲響了警鐘，對同類型蓄能電站具有參考借鑒意義。

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[3]周建為.抽水蓄能機組軸電流保護[J].水電自動化與大壩監測，2003，27(1):68-69.DOI:10.3969/j.issn.1671-3893.2003.01.023.

圖15 功率變送器加裝后3號機組發電停機有功趨勢

3 結論

通過對數字型功率變送器的選用，徹底消除了困擾電站多年的機組發電停機從電網吸收有功功率的“疑難雜癥”，同時極大改善了機組功率反饋信號的測量精度及響應速率，滿足了電網對機組有功功率調節品質的嚴格要求。

此外，張河灣電站對該問題的分析和解決策略亦可為設計單位及在建抽水蓄能發電企業提供參考與借鑒，在調節控制環節應優先選用高精度、短時延的功率變送器或交采裝置以保證機組發電調節品質，更好的服務電網，服務社會發展。

圖16 功率變送器加裝后1號機組發電停機有功趨勢

參考文獻：

[1]唐 濤.發電廠與變電站自動化技術及其應用[M].北京：中國電力出版社，2005.

TM312

B

1672-5387（2016）12-0038-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.12.014

2016-10-20

潘雪石（1984-），男，工程師，從事抽水蓄能電站運維管理工作。