15MW汽輪發(fā)電機機組故障案例分析

王海祖

摘要：河南心連心化肥有限公司一分廠在2017年8月份發(fā)生了兩次35KV供電線路跳閘，停電故障導致汽輪發(fā)電機組負荷瞬間增大，進汽量也自動加大，同時機組的轉速和頻率迅速下降，從而發(fā)電機的低頻保護動作，汽機瞬間甩負荷由汽機超速。事故造成了汽機軸瓦受到了一定的損傷。本文對這兩次事故進行了深入分析，并提出解決的措施。

關鍵詞：孤網(wǎng)運行；低頻保護；軸瓦損傷

對于一定規(guī)模的化工企業(yè)一般都會有利用余熱發(fā)電的自備發(fā)電機組，而自備發(fā)電機組的容量一般是根據(jù)余熱能量大小來確定，因此自備發(fā)電機組要遠遠小于全廠的用電負荷，一旦外線路故障跳閘，會造成全廠供電系統(tǒng)與外電網(wǎng)斷開，這回使得自備發(fā)電機組失去正常運行狀態(tài)，甚至造成損害。

一、事故發(fā)生經(jīng)過

8月13日中班，16：00接班2#汽機電負荷14.5MW，進汽流量73t/h，運行正常。17：43分汽機電負荷突然由14.5MW瞬升至20MW（滿量程，實際根據(jù)轉速下降情況計算負荷升高至3035mw）后降至0，汽機轉速由3000 r/min 先降至2260r/min后瞬升至3260r/min，軸向位移由0.044瞬升至0.126，微機報出“電氣停機信號”“熱控電源失電”“自動主汽門關閉”“汽機轉速高停機”，機組斷電跳機，操作人員立即啟動直流油泵，并打閘停機，轉速降至0后進行不間斷手動盤車。

8月14日白班，8：00接班2#汽機電負荷14.9MW，進汽流量73t/h，運行正常。14：10分汽機電負荷突然由14.5MW瞬升至20MW（滿量程，實際根據(jù)轉速下降情況計算負荷升高至2530mw）后降至0，汽機轉速由3000 r/min 先降至2636r/min后又上升至3260r/min，軸向位移由0.044瞬升至0.126，照明燈突然熄滅，事故照明燈亮，機組聲音突變，系統(tǒng)斷電，微機報出“電氣停機信號”“磁力斷路油門動作”，機組斷電跳機，操作人員立即啟動直流油泵，并打閘停機，轉速降至0后進行不間斷手動盤車。

二、事故發(fā)生導致汽機軸瓦溫度異常狀況

2#汽機在兩次事故停電瞬間嚴重超負荷，汽輪機調(diào)節(jié)氣門全開，軸向推力瞬間增大，對推力瓦沖擊較大，根據(jù)對比斷電前后運行情況，軸瓦溫度變化數(shù)據(jù)如下表：

推力瓦作用是用來平衡轉子的軸向推力，確定轉子膨脹死點，從而保證汽輪機內(nèi)部動靜件之間的軸向間隙在規(guī)定范圍內(nèi)。

根據(jù)以上表格數(shù)據(jù)對比系統(tǒng)兩次斷電瞬間，在相同的運行工況下，2#汽機軸向位移明顯增大，1、2、3、4、11、12#推力瓦溫度明顯上升， 7、8、9#瓦塊溫度下降，可判定事故后推力瓦塊受力已經(jīng)不均衡，原因為在斷電停車過程中因嚴重超負荷致使軸向推力瞬間增大造成部分瓦塊磨損。

三、汽機崗位針對以上情況采取的措施

（1）根據(jù)目前2#汽機推力瓦溫度情況，要求操作人員對2#汽機監(jiān)控運行，嚴格按規(guī)定進行推力瓦數(shù)據(jù)及機組震動記錄，發(fā)現(xiàn)推力瓦任意一個測點出現(xiàn)溫度升高2℃以上或機組振動升高，立即進行減負荷處理。

（2）出現(xiàn)任意瓦溫及回油溫度上升過快，減負荷無效的情況下立即進行緊急停機。

（3）根據(jù)兩次斷電對機組影響情況，如再發(fā)生類似斷電情況，機組可能出現(xiàn)大面積燒瓦，造成機組無法運行；建議電力服務公司結合電力相關部門，避免該類問題發(fā)生。

（4）根據(jù)系統(tǒng)斷電對2#汽機電負荷影響情況，結合技改口查找2#汽機電負荷保護程序。

（5）根據(jù)目前2#汽機推力瓦情況建議停機大修對推力瓦進行檢查消缺，避免因推力瓦磨損造成汽輪機動靜摩擦事故。且目前2#汽機后汽封漏汽量大，運行存在較大風險，為保證2#汽機安全穩(wěn)定滿負荷運行建議進行停機大修。

四、發(fā)生斷電事故時2#發(fā)電機保護動作分析

（一）發(fā)電機保護定值清單

2 #發(fā)電機保護采用石家莊華康公司的微機型發(fā)電機保護裝置。

發(fā)電機額定功率/電流：15MW/1718A

發(fā)電機額定勵磁電壓/電流：183.3V/315A

電流互感器變比：2000/5=400

低頻保護定值如下：

低頻保護定值：48HZ

低頻保護時間定值：5S

（二）發(fā)電機保護動作分析

2017年8月13日17：21分全廠35KV供電系統(tǒng)發(fā)生 B相接地故障，17：46分35KV苗肥線路、35KV II苗肥線路跳閘，35KV系統(tǒng)停電。2#發(fā)電機低頻保護動作（48HZ，5S）跳閘。

發(fā)電機跳閘與線路斷電時間間隔相差5.5S（發(fā)電機滯后線路跳閘）。發(fā)電機跳閘前PT二次電壓為37.846V，二次電流為5.934A。如下圖：

35KV線路跳閘，系統(tǒng)斷電后，發(fā)電機帶著全廠負荷孤網(wǎng)運行，由于全廠負荷遠大于發(fā)電機容量，發(fā)電機突然嚴重過載，發(fā)電機頻率迅速下降，當發(fā)電機頻率下降到48HZ時，發(fā)電機低頻保護啟動，經(jīng)過延時5S后頻率低至25HZ，發(fā)電機低頻保護動作跳閘，發(fā)電機出口斷路器跳開，汽機突然甩負荷而超速，導致跳閘后發(fā)電機頻率瞬間上升至75HZ。如下圖：

跳閘前頻率：48HZ跳閘后頻率：75HZ

五、動作分析

事故期間過流保護未動作原因分析：

發(fā)電機過流保護定值如下：

低電壓閉鎖過流I段保護：6.1A（1.42In），1.2S，低電壓閉鎖60V。

低電壓閉鎖過流II段保護：5.3A（1.23In），1.5S，低電壓閉鎖60V。

從圖中錄波數(shù)據(jù)看出，事故跳閘前6KV系統(tǒng)相電壓為44.9V，51.1V，37.8V，線電壓為60V以上，過流保護被電壓條件閉鎖閉鎖，因此過流保護不動作。

六、綜合分析

綜合以上事故情況，河南心連心化肥有限公司一分廠今年8月份發(fā)生的兩次35KV系統(tǒng)突然斷電事故，在系統(tǒng)斷電瞬間全廠供電系統(tǒng)與外電網(wǎng)脫離，失去外電網(wǎng)的拖動后，全廠負荷突然全部加到汽機和發(fā)電機上導致汽機和發(fā)電機負荷突然加大，汽機調(diào)節(jié)系統(tǒng)自動開大汽門，轉子推力軸瓦承受的推力突然增大，導致汽機轉子軸向位移突然增大，在全廠負荷的拖拽下發(fā)電機頻率和汽機轉速迅速下降，當發(fā)電機頻率降到48HZ時發(fā)電機低頻保護啟動，經(jīng)過延時5S后頻率低至25HZ，發(fā)電機低頻保護動作跳閘，發(fā)電機出口斷路器跳開，汽機突然甩負荷而超速，導致跳閘后發(fā)電機頻率瞬間上升至75HZ。事故期間汽機轉子軸向位移和轉速的異常變化使得汽機軸瓦受到了損傷。

七、采取措施

（1）調(diào)整發(fā)電機低頻保護的定值參數(shù)，將動作延時由5S調(diào)整為1S，以縮短系統(tǒng)斷電事故時汽機超負荷運行的時間。

（2）將發(fā)電機過流保護的低電壓閉鎖取消。

（3）加強對汽機軸瓦各瓦塊運行溫度的監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常及時調(diào)整汽機負荷。

（4）必要時安排檢修，對汽機軸瓦損傷處進行修復。

參考文獻：

[1]《電力系統(tǒng)保護整定計算原理與算例》.化學工業(yè)出版社.

[2]《發(fā)電機變壓器繼電保護及整定計算》.中國電力出版社.

[3]《汽輪機運行》（地方電廠崗位運行培訓教材） 第二版.中國電力出版社.