新莊孜發(fā)電廠#2發(fā)電機(jī)定子接地故障剖析

葛修軍

(淮南礦業(yè)集團(tuán)電力公司，安徽 淮南 232072)

1 設(shè)備概況

安徽淮南礦業(yè)集團(tuán)電力公司新莊孜發(fā)電廠現(xiàn)有2×135MW純凝火力發(fā)電機(jī)組，采用典型的發(fā)電機(jī)－變壓器組接線，主變壓器高壓側(cè)接入220 kV雙母線系統(tǒng)，通過2條220kV線路接入華東電網(wǎng)。#2發(fā)電機(jī)為濟(jì)南發(fā)電設(shè)備廠提供的WX21Z－073LLT型空冷汽輪發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)額定容量，158.8MV·A;額定功率，135MW;額定電壓，13.8 kV;功率因數(shù)，0.85;頻率，50 Hz;絕緣，F(xiàn)級(jí);進(jìn)風(fēng)溫度，低于或等于40℃。定子槽數(shù)Z1=42，線棒截面尺寸:槽部為45.0 mm×59.3 mm，端部為46.2 mm×54.3 mm(測(cè)量值);線棒主絕緣厚度設(shè)計(jì)值為5.4 mm。2009－11－29，#2發(fā)電機(jī)安裝完畢，2010－01－13，通過168 h試運(yùn)行后正式投入生產(chǎn)。自投產(chǎn)至2012年7月15日事故停機(jī)，#2發(fā)電機(jī)累計(jì)運(yùn)行12130 h，發(fā)電量1455.678 GW·h。機(jī)組啟、停機(jī)15次(啟動(dòng):調(diào)試期間9次，正式投產(chǎn)后6次;停機(jī):調(diào)試期間8次，正式投產(chǎn)后7次)。

2 事故過程

2012－07－15 T 09:33，運(yùn)行監(jiān)盤人員發(fā)現(xiàn)#2機(jī)組負(fù)荷從134 MW突然降至零，檢查發(fā)電組出口主開關(guān)跳閘，廠用電切換正常;汽輪機(jī)跳閘，轉(zhuǎn)速下降，旁路開啟，檢查各抽汽逆止門關(guān)閉，#2鍋爐緊急壓火，汽輪機(jī)緊急停機(jī)。檢查汽輪機(jī)危急跳閘系統(tǒng)ETS(Emergency Trip System)跳閘首出為“發(fā)電機(jī)跳閘”，檢查發(fā)電機(jī)保護(hù)屏顯示為定子接地保護(hù)動(dòng)作(DGT801:發(fā)電機(jī)3U0定子接地，CPUA和 CPUB 2套保護(hù)均動(dòng)作)。電氣二次班檢查#2發(fā)電機(jī)故障錄波圖顯示故障時(shí)A相電壓降低，B，C相電壓上升，中性點(diǎn)N相電壓升高，二次電壓分別為UA=31.9 V，UB=68.9 V，UC=77.7 V，UN=29.7 V(發(fā)電機(jī) PT變比為13.8 kV∶100 V，折算為發(fā)電機(jī)一次電壓分別為:UA=4.4 kV;UB=9.5 kV;UC=10.7 kV;UN=4.1 kV)，故障現(xiàn)象顯示為A相接地。運(yùn)行、檢修人員立即采用逐步排除法進(jìn)行了故障查找，電氣運(yùn)行人員立即對(duì)#2發(fā)電機(jī)本體及引出線、#2主變壓器本體、氣體絕緣金屬封閉開關(guān)(GIS)本體等進(jìn)行了外觀檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。隨后進(jìn)入#2發(fā)電機(jī)空冷室檢查，未發(fā)現(xiàn)異常情況。2012－07－15 T 10:10，電氣運(yùn)行人員測(cè)試#2發(fā)電機(jī)絕緣為2.8kΩ，根據(jù)電氣二次人員提供的保護(hù)錄波數(shù)據(jù)，筆者初步判斷為發(fā)電機(jī)－變壓器組系統(tǒng)A相接地。10:40，電氣檢修人員采取了逐步排除法解開了發(fā)電機(jī)與封閉母線之間的連接，測(cè)封閉母線和發(fā)電機(jī)側(cè)的絕緣分別為500 MΩ和2.8 kΩ;11:20，解開#2發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)軟連接，測(cè) A，B，C 相絕緣分別為2.8 kΩ，400 MΩ，400 MΩ;判斷為發(fā)電機(jī)定子線圈A相接地;12:40，打開發(fā)電機(jī)勵(lì)、汽端大端蓋檢查發(fā)電機(jī)端部引出線無異常，進(jìn)一步確定了A相定子接地故障點(diǎn)位于發(fā)電機(jī)內(nèi)部;由于當(dāng)時(shí)汽輪機(jī)停機(jī)屬于緊急停機(jī)，再加上當(dāng)時(shí)氣溫較高(32℃)，所以，不能立即安排抽發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行檢修。2012－07－29，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子抽出后，濟(jì)南發(fā)電設(shè)備廠技術(shù)人員采用瞬時(shí)電流法和二分法等一系列試驗(yàn)，查出故障點(diǎn)位于A相定子線圈，鐵芯(勵(lì)端看)10點(diǎn)位置上層線棒出槽口處擊穿，如圖1所示。

2012－07－31，將故障點(diǎn)綁繩解開;2012－08－01，清理?yè)舸c(diǎn)周圍碳化物，進(jìn)一步清理絕緣并打坡口，后發(fā)現(xiàn)故障線圈有一黃豆大小的坑，擊穿點(diǎn)直徑約5 mm，深度約3 mm，如圖2所示。

2012－08－01，#2發(fā)電機(jī)定子接故障點(diǎn)找出后，新莊孜發(fā)電廠積極組織濟(jì)南發(fā)電設(shè)備廠、田家庵發(fā)電廠維修公司、新莊孜電廠設(shè)備管部有關(guān)人員對(duì)#2發(fā)電機(jī)開展了緊張的搶修、恢復(fù)工作。處理程序:查找故障點(diǎn)→拆開兩端端部氣封→清理?yè)舸c(diǎn)周圍碳化物→清除絕緣并打坡口→擊穿點(diǎn)絕緣修復(fù)→端部綁扎→灌膠→局部烘干→端部清理→電氣試驗(yàn)。針對(duì)每道工序，新莊孜電廠制定了嚴(yán)格的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，2012－08－07 T 16:00，#2發(fā)電機(jī)定子搶修工作全部結(jié)束。

3 原因分析

定子接地故障點(diǎn)位于A相定子線圈、鐵芯(勵(lì)端看)10點(diǎn)位置上層線棒出槽口處，擊穿點(diǎn)位于低電阻防暈涂層范圍內(nèi)，周圍有典型的異物磨損絕緣的痕跡。擊穿點(diǎn)內(nèi)殘留的顆粒被夾在#2槽與#3槽下層線棒漸開線的第1道綁帶內(nèi)，#2槽線棒表面的灰色EP160樹脂漆邊緣就是綁帶的邊界線。通過磁性吸附試驗(yàn)和故障點(diǎn)處提取物質(zhì)的試驗(yàn)，證實(shí)殘留的顆粒為鐵磁性物質(zhì)。

發(fā)電機(jī)在制造過程中對(duì)線棒進(jìn)行端部綁扎，同時(shí)也將鐵磁性物質(zhì)顆粒綁扎在扎帶下。發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中，在定子繞組端部漏磁場(chǎng)的作用下，鐵磁性顆粒發(fā)熱、振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)，既磨損線棒主絕緣又磨損其自身，直至絕緣磨坑底部的絕緣厚度減薄。故障線棒在繞組電路中的位置是繞組的首端引線，運(yùn)行時(shí)線棒分布電壓最高，分布電壓達(dá)11 kV，運(yùn)行中由于絕緣強(qiáng)度薄弱到耐受不住運(yùn)行電場(chǎng)強(qiáng)度而發(fā)生擊穿，造成定子A相的接地故障。

4 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)總結(jié)

(1)由于發(fā)電機(jī)生產(chǎn)廠家在設(shè)備制造過程中對(duì)工藝把關(guān)不嚴(yán)，造成發(fā)電機(jī)內(nèi)存有遺留異物，從而導(dǎo)致事故隱患。

(2)監(jiān)造單位對(duì)關(guān)鍵設(shè)備未能嚴(yán)格把好質(zhì)量關(guān)和工藝關(guān)。

(3)在發(fā)電機(jī)機(jī)內(nèi)檢修時(shí)，要有采取防止異物遺留的措施。

(4)目前的采用的發(fā)電機(jī)定子網(wǎng)絡(luò)零序電壓原理的定子接地保護(hù)還無法區(qū)分發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部接地還是外部接地。從數(shù)據(jù)分析方面看，這次發(fā)電機(jī)定子線圈A相接地故障引起跳閘，正好是從保護(hù)死區(qū)進(jìn)入動(dòng)作區(qū)，保護(hù)定值為6.1 V，而實(shí)際故障電壓也在6.1 V左右(依據(jù)發(fā)電機(jī)故障錄波圖顯示的數(shù)據(jù)分析)。該電壓值在引導(dǎo)故障判斷時(shí)確實(shí)在一開始把疑點(diǎn)引到了發(fā)電機(jī)外部，加之92%的發(fā)電機(jī)定子接地故障發(fā)生在外部，出現(xiàn)了將發(fā)電機(jī)外部所有的連接全部拆開(共9處)的問題，來回檢查發(fā)電機(jī)外部系統(tǒng)，一定程度上延誤了故障處理時(shí)間。因此，欲使定子接地保護(hù)能正確區(qū)分發(fā)電機(jī)內(nèi)部和外部故障，是繼電保護(hù)需要解決的一個(gè)課題。

(5)運(yùn)行機(jī)組發(fā)生定子接地事故具有突發(fā)性和難于簡(jiǎn)單修復(fù)的特點(diǎn)，損失往往極為巨大。搶修工期常常受到人員、材料、機(jī)組改型等各種因素的制約，部分關(guān)鍵材料的供貨存在不確定性及不可預(yù)測(cè)性，制約著整個(gè)搶修工作的進(jìn)程。用戶應(yīng)在備品/備件的貯備上引起足夠重視:一方面要加強(qiáng)與同型號(hào)機(jī)組之間的技術(shù)人員溝通與協(xié)調(diào)，另一方面要加強(qiáng)與設(shè)備制造商聯(lián)系，保證備品/備件的正常供應(yīng)。要加強(qiáng)與設(shè)備制造商及兄弟發(fā)電單位的交流與溝通，不斷提高設(shè)備運(yùn)行管理水平。

［1］國(guó)家電力公司.防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2001.

［2］DL/T 735—2000，大型汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部動(dòng)態(tài)特性的測(cè)量及評(píng)定［S］.

［3］牟道槐，李玉盛.發(fā)電廠變電站電氣部分［M］.2版.重慶:重慶大學(xué)出版社，2006.

［4］許正亞.發(fā)電廠繼電保護(hù)整定計(jì)算及其運(yùn)行技術(shù)［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2009.