定子短路事故分析
2013-07-05 05:27:54蔡潤鋒
蔡潤鋒
【摘 要】廣東省潮州市鳳凰水電廠A站#6F機于2006年7月31日發(fā)生定子接地事故，機組事故停機，嚴重影響了機組的安全運行，也影響了我廠的安全生產(chǎn)。我們經(jīng)過資料查找和圖紙分析并結合檢修情況，找到了原因，并進行了處理。
【關鍵詞】短路事故；絕緣電阻；磁極線圈；絕緣擊穿
0.概述
廣東省潮州市鳳凰水電廠位于廣東省潮安縣北部山區(qū)，由鳳凰水庫、一級電站和二級電站A站、B站組成。鳳凰水庫建成于1968年，集雨面積164km2，多年平均徑流量24403萬m3，水庫正常蓄水位高程332.0m，相應庫容5170萬m3。一級電站為壩后式電站，裝配2臺1600KW發(fā)電機。二級電站位于潮安縣歸湖鎮(zhèn)，為引水式電站，引水渠道全長15.6km，最大流量12m3/s，設計水頭250.8m，其中A站建成于1968年，裝配4臺2000KW發(fā)電機和4臺3000KW發(fā)電機， B站建成于2004年，裝2臺12000KW發(fā)電機，全廠設計發(fā)電量1.3億KW.h，是潮州市的骨干發(fā)電廠，為粵東地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展和穩(wěn)定發(fā)揮了重要的作用。
該廠A站#6F機投產(chǎn)于1970年11月，于2006年7月31日發(fā)生定子接地事故，機組不能正常運行，嚴重影響了機組的安全運行，也影響了我廠的安全生產(chǎn)。
為保證A站#6F機能夠正常運行，我們經(jīng)過查找有關定子的書籍、圖紙等技術資料并到潮州市匯能電機廠請教后進行處理，完成后投入運行正常。
1.主要技術參數(shù)
1.1水輪機的主要技術參數(shù)
型 號：CJ-W-117/2×12.7
額定出力： 3200KW
設計流量：1.65m3/s
設計水頭：250.8m
額定轉(zhuǎn)速： 500r/min
1.2發(fā)電機的主要技術參數(shù)
型 號：TSW213/64-12
額定容量：4000KVA
額定電壓：6300V
功率因數(shù)：0.8
2.定子的構成和工作原理
2.1定子的構成
定子由機座、鐵芯、線圈繞組、上下齒壓板、拉緊螺桿、端箍、端箍支架、基礎板和引出線等部分組成，機座主要用于固定鐵芯，采用鋼板焊接結構，具有一定的剛度，能防止變形和運行時的振動，并能承受發(fā)電機短路時的最大扭矩，鐵芯由0.4mm厚導磁性能好的扇形硅鋼片疊壓而成，其作用是構成磁路，安放線圈，線圈繞組用帶有絕緣的扁銅線繞制而成，其作用是在磁場的作用下感應產(chǎn)生電勢，形成電路，上下齒壓板和拉緊螺桿是用來將定子鐵芯在軸向壓緊的部件，端箍也叫支持環(huán)或扎線環(huán)，由支座、支架、端箍及絕緣綁帶等組成，定子通過基礎板固定在廠房基礎混凝土上，引出線與母線連接。
2.2水輪發(fā)電機組的基本工作原理
水輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)子主要由磁極與勵磁繞組組成，勵磁繞組靠同軸旋轉(zhuǎn)的勵磁機所發(fā)出的直流電提供勵磁電流，定子是在定子鐵芯內(nèi)圓均勻著槽，在槽中嵌放著三相對稱繞組，當轉(zhuǎn)子在水輪機的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)時，由轉(zhuǎn)子磁極線圈所產(chǎn)生的磁場同樣也旋轉(zhuǎn)起來，旋轉(zhuǎn)著的磁場切割定子線圈上的繞組后就在定子線圈內(nèi)感應產(chǎn)生電勢，并通過引出線向電網(wǎng)輸送電量，即將機械能轉(zhuǎn)換成電能。
2.3水輪發(fā)電機組的基本技術要求
水輪發(fā)電機組的基本技術要求是發(fā)電機的端電壓等于電網(wǎng)電壓；發(fā)電機的頻率等于電網(wǎng)頻率；發(fā)電機與電網(wǎng)的相應相的電壓應同相位；發(fā)電機與電網(wǎng)的相序要相同；發(fā)電機與電網(wǎng)的電壓波形要相同；當電網(wǎng)或水輪機偶然發(fā)生的微小擾動消失后發(fā)電機應能回到原來狀態(tài)繼續(xù)同步運行。
3.事故過程
#6F機于7月28日凌晨開機短路烘干，至7月29日檢查絕緣電阻R15/R60=390MΩ/550MΩ，溫度45℃，吸收比=1.41。于當天早上并列，一直帶3200KW負荷運行，事故發(fā)生前沒有任何異常現(xiàn)象。7月31日上午，#6機正帶3200KW負荷運行，當時無功功率為2400kvar，定子電流為360A，定子電壓為6000V，轉(zhuǎn)子電壓為68V，轉(zhuǎn)子電流為250A。10時45分，#4機表計盤出現(xiàn)“Ⅱ段機組母線接地”光字牌并響鈴，查6.3kvⅡ段母線電壓，UAO=UBO=3700v，UCO=0，值班人員檢查Ⅱ段母線和各臺機（#5～#8機）情況。10時51分，將#6F機解列，故障信號即消除，測Ⅱ段母線三相電壓正常，至此，判定故障在#6機內(nèi)部，停機后檢查，發(fā)現(xiàn)焦臭味最重之處在#6機靠#7機一側(cè)。
4.檢查情況
停機后，對#6F機進行全面檢查，分別測試定子回路各部分的絕緣電阻，查出線電纜和各電流互感器等的絕緣電阻均在500MΩ以上，定子繞組A、B相對地為R15/R60=800MΩ/1500MΩ，而C相對地絕緣電阻為零，用萬用表測C相對地電阻只有3Ω，判斷為金屬性接地。拆開前端蓋檢查，發(fā)現(xiàn)C相靠#7機一側(cè)在勵磁機端的端部三匝線圈有弧光燒傷痕跡，懷疑此三匝線圈與定子端部固定鐵環(huán)之間的絕緣擊穿。用絕緣板將此三匝線圈與該鐵環(huán)隔開，測C相對地絕緣電阻仍為零。又拆開發(fā)電機后端蓋，發(fā)現(xiàn)定子腔內(nèi)有熔化的細小銅末，其中靠#7機一側(cè)分布較多。因懷疑C相線圈在端部與二個固定鐵環(huán)之間的絕緣擊穿，松開螺絲后，用絕緣板將這二個鐵環(huán)與定子外殼（地）隔開，測C相絕緣電阻仍為零。為弄清真相，決定抽出轉(zhuǎn)子細查。抽出轉(zhuǎn)子后檢查，發(fā)現(xiàn)故障在C相第29-31槽。其中，靠勵磁機一側(cè)端部，這三條槽的槽楔因發(fā)熱向內(nèi)脹出，且有被轉(zhuǎn)子擦傷的痕跡；查轉(zhuǎn)子的對應部位，在第4個磁極也有輕微擦傷的傷痕?？克啓C側(cè)第3條通風溝處，在29-30槽之間及周圍附有熔銅的銅珠和銅末；在30-31槽之間有一塊約1cm2大小的鉛色凝塊，屬熔銅與絕緣層的混合物。定子腔內(nèi)散落的熔銅粒，最大的一塊約0.8cm2。至此，證實C相此三匝線圈在此處與定子鐵芯擊穿并發(fā)熱熔化。
5.處理情況
將C相此三匝線圈進行全面清理干凈后用玻璃絲帶包扎，并刷絕緣漆，然后用酚醛樹脂層壓板壓緊，對三條槽的槽楔因發(fā)熱向內(nèi)脹出部分絕緣板進行更換，用綁帶綁扎固定，然后定子線圈整體重新噴漆，最后機組按設備檢修規(guī)程進行大修，并于10月8日早上開機進行短路烘干，至第二天檢查定子繞組三相對地絕緣電阻為R15/R60=470MΩ/640 MΩ，定子線圈溫度為48℃，吸收比=1.36，符合機組運行要求，于當天下午并列系統(tǒng)運行正常，當時有功功率為3200KW、無功功率為2300kvar，定子電流為354A，定子電壓為6000V，轉(zhuǎn)子電壓為66V，轉(zhuǎn)子電流為247A。
6.結語
A站 #6機自1970年投產(chǎn)，已運行30多年，服役年限遠遠超過設計運行年限，發(fā)電機定轉(zhuǎn)子絕緣嚴重老化，停機后絕緣下降速度快，停機超過24小時需進行烘干，運行中易因絕緣不足而擊穿，C相線圈就是因為絕緣性能下降而產(chǎn)生漏電造成對槽底短路，進而產(chǎn)生弧光熔化銅線，擴展為金屬性接地。這為我廠的安全運行帶來了極大的安全隱患，對我們的運行生產(chǎn)、檢修和管理來說是一種很大的挑戰(zhàn)，我們要努力提高我廠的運行檢修管理水平。
當前，老電站普遍存在機電設備絕緣老化、服役年限已超過設計年限、設備和技術遠遠落后于科學技術的發(fā)展、事故發(fā)生頻率較高等問題，因此，提高電站的運行管理水平有著非常重要的作用。
【參考文獻】
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[2]電氣工程師手冊編輯委員會.電氣工程師手冊.機械工業(yè)出版社，2002.
[3]西北電力設計院.電力工程電氣設計手冊.中國電力出版社，2006.
