600?MW超臨界機組發(fā)電機跳閘事故分析與處理

靖 君

(廣東大唐國際潮州發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 潮州 515723)

600?MW超臨界機組發(fā)電機跳閘事故分析與處理

靖 君

(廣東大唐國際潮州發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 潮州 515723)

介紹了一起采用水-氫-氫冷卻方式的600 MW發(fā)電機進水跳閘事故的處理過程，分析了發(fā)電機線棒損壞及轉(zhuǎn)子振動突變引起機組跳閘的原因，剖析了發(fā)電機檢修和設(shè)備管理上存在的問題，提出并實施了一系列改進措施，防止同類事故的發(fā)生，確保發(fā)電機安全可靠運行。

匝間短路；接頭漏水；定子線棒；轉(zhuǎn)子振動

1 故障經(jīng)過

2014-08-25T14：18，某發(fā)電廠2號機組正常運行，有功功率607 MW，無功功率166 Mvar，機爐電所有主保護均正常投入。2號發(fā)電機定子線圈溫度、上下層線棒出水溫度、定子鐵芯等各部溫度均正常。汽輪發(fā)電機組各軸振、瓦振正常。發(fā)電機定子冷卻水系統(tǒng)、氫氣系統(tǒng)、密封油系統(tǒng)均正常運行，現(xiàn)場無檢修作業(yè)、無設(shè)備啟停等運行操作。發(fā)變組保護、發(fā)電機漏氫檢測裝置、發(fā)電機油水探測裝置均無任何報警。

2014-08-25T14：18：56，2號機硬光字牌“2號機組故障錄波器啟動”、“定冷水系統(tǒng)異?！眻缶浌庾峙啤鞍l(fā)電機氫水差壓低”、“發(fā)電機定冷水壓差大”報警，定子冷卻水系統(tǒng)畫面上“定子線圈水壓差高”、“定子線圈進出水流量差高”開關(guān)量報警。

14：18：57，“汽機振動大”報警，發(fā)電機兩端軸振7X/7Y，8X/8Y突增變壞點。

14：18：58，汽機軸振大保護啟動。

14：18：59，7X/7Y軸振突增至387/469 μm，8X/8Y軸振突增至331/474 μm。

14：19：01，軸振大保護動作于汽機跳閘(保護延時3 s)，首出“7Y軸振大跳閘”。鍋爐MFT，機、爐各聯(lián)鎖動作正常。機組跳閘后，氫系統(tǒng)畫面上有“接線盒底部檢漏計水位高”、“發(fā)電機汽端檢漏計1水位高”報警；打開檢漏計底部排污門有連續(xù)水流排出，定子冷卻水箱水位持續(xù)下降，初步判斷為發(fā)電機內(nèi)定子線棒接頭漏水。

14：34：25，停止B定冷水泵運行，并進行緊急排氫。

15：10：00，機組轉(zhuǎn)速至0，投入盤車。

2 發(fā)電機內(nèi)部檢查及故障處理

2.1 發(fā)電機線棒損壞情況

2014-08-26，工作人員進入發(fā)電機內(nèi)部檢查，發(fā)現(xiàn)勵側(cè)11，12點鐘位置4個水電接頭受損。其中上層線棒(31，32槽)2個水電接頭手包絕緣爆掉，水盒接頭斷掉，下層線棒(15槽)及V1環(huán)形引線2個水盒被波及，2個接頭手包絕緣損環(huán)，發(fā)電機內(nèi)部大量進水，油水探測器報警。損壞水電接頭部位如圖1所示。

圖1 水電接頭損壞照片

2014-08-31，工作人員對2號發(fā)電機抽轉(zhuǎn)子檢查時發(fā)現(xiàn)：定子端部未見明顯松動現(xiàn)象，環(huán)形引線部分有少量黃粉，轉(zhuǎn)子勵側(cè)風(fēng)區(qū)內(nèi)存在銅粉，發(fā)電機內(nèi)存在油水，32號槽上層線棒股線L型壓塊螺栓脫落。對線棒進行單獨交流耐壓試驗，25，26，27，28號槽上層4根線棒絕緣被擊穿、碳化，判定股線匝間短路。由于底層線棒存在熏黑現(xiàn)象，繼續(xù)抬出29，30，31，32號槽上層線棒后，剩余線棒的直流耐壓試驗全部通過。同時，轉(zhuǎn)子的各項電氣試驗如絕緣電阻、交流阻抗和RSO試驗等正常，通風(fēng)試驗及密封試驗檢查正常。

2.2 發(fā)電機受損線棒處理

根據(jù)現(xiàn)場故障情況及絕緣試驗結(jié)果，更換25-32號槽上層的8根線棒，并對所有的線棒進行耐壓試驗、定子冷卻水流量試驗、水壓試驗，然后對水電盒進行相控陣和著色探傷檢查。上層線棒入槽后，進行耐壓試驗、超聲波檢測、直流電阻測量和直流大電流溫升紅外檢測。發(fā)電機全部回裝后進行交、直流耐壓試驗。轉(zhuǎn)子進行氣密、通風(fēng)試驗，絕緣電阻、直流電阻、交流阻抗試驗及RSO試驗。

2014-09-26T08：00，2號機一次并網(wǎng)成功，發(fā)電機搶修工作順利結(jié)束。

3 機組跳閘過程與原因分析

3.1 機組跳閘過程分析

14：18：56，勵磁故障報警，故障錄波啟動，發(fā)電機絕緣損壞放電。

14：18：57，發(fā)電機中性點零序電壓開始出現(xiàn)突變，由0.55 V突增至1.03 V，持續(xù)165 ms。在該時間內(nèi)共出現(xiàn)2個發(fā)電機定子接地過程，但發(fā)電機中性點零序電壓值未持續(xù)大于5.8 V，時間也未達到定值整定的時間2.3 s，故發(fā)電機定子接地保護未動作。

14：18：58，負序電流突升至999 A，發(fā)電機兩端軸振7X/7Y，8X/8Y開始突變，軸振保護啟動。

14：19：00，發(fā)電機定子冷卻水壓力突升至0.37 MPa報警變紅，定子冷卻水流量降至90.63 t/h，“定子線圈進出水流量低”報警。

14：19：03，定子線圈進水壓力升至0.51 MPa，分析造成定冷水壓力突升的原因是氫氣進入定子冷卻水管。

14：19：01，軸振保護動作，ETS動作、汽輪機跳閘、主汽門關(guān)閉。

14：19：02，定冷水箱水位出現(xiàn)突升。

14：19：06，發(fā)電機程跳逆功率保護動作，發(fā)-變組開關(guān)跳閘，發(fā)電機解列。

14：19：16，定冷水箱水位最高升至632.81 mm后持續(xù)下降，造成定冷水箱水位上升的主要原因為發(fā)電機內(nèi)氫氣進入定子冷卻水管及定冷水箱。當(dāng)定冷水泵出口壓力升高，定子線圈進水壓力升至0.51 MPa(滿量程)；超過發(fā)電機內(nèi)氫壓后，再次向發(fā)電機內(nèi)漏水，因此定冷水箱水位又持續(xù)下降。

3.2 發(fā)電機故障原因分析

抽轉(zhuǎn)子后檢查定子端部未見明顯松動現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)場線棒損壞情況及掉落的L型壓塊熔化痕跡，故障分析會專家一致認為，故障點位于發(fā)電機勵端32號槽上層線棒水電接頭處。因水電接頭內(nèi)部松動造成接觸電阻增大，使得該處過熱、燒熔，產(chǎn)生間隙，引發(fā)電弧，造成該水電接頭嚴重?zé)龘p。同時，電弧還波及左側(cè)相鄰的31號槽上層線棒水電接頭，并造成其水嘴損壞。

32號槽水電接頭股線松動的原因有2種：

(1) 發(fā)電機端部局部振動，造成L型連接件與水盒頭部連接的1顆螺栓首先松動；

(2) L型連接件側(cè)邊存在原始缺陷，因端部局部振動斷裂造成松動。

上述原因均會導(dǎo)致水電接頭接觸電阻增大，急劇過熱，使錫焊熔化開焊，引發(fā)電弧燒損故障。在拉弧過程中，產(chǎn)生了B相不穩(wěn)定接地現(xiàn)象。電弧燒斷V1上層分支，使B相電流全部轉(zhuǎn)移至V2分支，定子繞組三相電流不平衡，引起發(fā)電機轉(zhuǎn)子振動異常增大，轉(zhuǎn)子軸振保護動作跳機。同時，電弧燒穿水盒，燒斷引水管接頭，導(dǎo)致發(fā)電機機內(nèi)進水。

3.3 發(fā)電機轉(zhuǎn)子振動突增原因分析

根據(jù)數(shù)據(jù)記錄，伴隨負序電流突變，出現(xiàn)了軸承振動的異常突增，特別是7，8號瓦軸振的Y向振動幅值瞬間超過了400 μm。發(fā)電機轉(zhuǎn)子振動超過機組正常運行狀態(tài)的時間持續(xù)了8 s。隨著主開關(guān)跳閘，發(fā)電機解列，2號機組軸系振動恢復(fù)正常。

由于發(fā)電機定子繞組損壞，導(dǎo)致絕緣被擊穿，隨之出現(xiàn)定子繞組的匝間短路、負序電流突變、產(chǎn)生軸電壓等現(xiàn)象；當(dāng)定子繞組發(fā)生匝間短路時，發(fā)電機氣隙磁場必然產(chǎn)生畸變，從而導(dǎo)致發(fā)電機的電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化，激起發(fā)電機定子及轉(zhuǎn)子的徑向振動。此外，負序電流分量產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反、轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)磁勢，在定、轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生的交變電磁轉(zhuǎn)矩，致使轉(zhuǎn)子所受力矩也是交變的，可導(dǎo)致軸系振動。

對轉(zhuǎn)子而言，負序電流會造成轉(zhuǎn)子表面局部產(chǎn)生高溫過熱；由于轉(zhuǎn)子各部件的熱容量不同，轉(zhuǎn)子受熱不均，各部件間會產(chǎn)生溫差，引發(fā)轉(zhuǎn)子熱變形，從而引起軸系振動；但這需要一定的時間。由于軸振振幅突增沒有任何延時，具有突發(fā)性，從而可以排除轉(zhuǎn)子熱變形引起軸系振動這個因素。

4 暴露的問題

(1) 在2012年發(fā)電機絕緣受損事故搶修中，由于過分依賴制造廠家，設(shè)備管理人員對檢修工藝和質(zhì)量控制不嚴，部分備件材料重復(fù)使用，沒有意識到線棒連接股線及水電接頭可能存在制造或安裝缺陷。而在2013年大修中，沒有拆除手包絕緣對連接股線及水電接頭進行認真復(fù)查和檢驗，暴露該電廠對發(fā)電機檢修質(zhì)量控制不嚴。

(2) 2號發(fā)電機定冷水箱上部漏氫檢測裝置在整個故障過程中沒有正確顯示與報警，原因是平時沒有定檢，也無管理規(guī)定；暴露該電廠設(shè)備管理上存在重大漏洞。2號發(fā)電機定冷水回水漏氫檢測裝置有1道閥門未開，事故后熱控與運行部門在應(yīng)歸誰操作的問題上爭論不休，暴露出該電廠設(shè)備操作分工不明、責(zé)任不清問題。

(3) 負序電流分量未接入故障錄波器，也未進入DCS電氣主畫面顯示，影響了工作人員對事故進行分析。說明平時對發(fā)電機負序電流的監(jiān)控管理，沒有引起足夠的重視。

(4) 事后聯(lián)合檢查發(fā)現(xiàn)，對發(fā)電機絕緣監(jiān)測裝置的管理混亂，分工不明。裝置有缺陷無人處理，長期不能投入，暴露出管理制度不完善。

(5) 保護邏輯不完善，如發(fā)電機斷水保護未進入電氣保護回路。

5 改進措施

(1) 認真總結(jié)歷次發(fā)電機故障處理的經(jīng)驗教訓(xùn)，嚴格執(zhí)行《中國大唐集團公司防止發(fā)電機損壞事故的指導(dǎo)意見》，加強發(fā)電機檢修工藝與質(zhì)量管控，做到“逢停必檢”。

(2) 在2號發(fā)電機端部加裝振動在線監(jiān)測裝置，對發(fā)電機端部振動進行實時監(jiān)控。數(shù)據(jù)異常變化時應(yīng)及時通知相關(guān)人員檢查處理，必要時減負荷或停機檢查處理。

(3) 加強對發(fā)電機漏氫檢測裝置的管理工作，對4臺機組的漏氫檢測裝置進行全面檢查和標定，合理安排定期維護(主機6個月，外圍設(shè)備3個月)與校驗工作，確保漏氫檢測裝置測量準確、運行可靠。加強對機組定冷水壓力、流量、發(fā)電機線圈溫度及漏氫量的監(jiān)測與運行監(jiān)視。

(4) 在1-4號發(fā)變組故障錄波器中增加發(fā)電機負序電流突變量啟動，以便于運行監(jiān)視。同時，將1-4號機組的發(fā)電機負序電流數(shù)值顯示在DCS系統(tǒng)的勵磁系統(tǒng)畫面上。

(5) 完善保護邏輯，熱工在保留發(fā)電機斷水保護的同時，將此保護直接傳入繼電保護屏，實現(xiàn)電氣跳閘功能。

6 結(jié)束語

通過對2號發(fā)電機進水跳閘事故的分析研究，明確了故障的原因，查找出了設(shè)備檢修、管理上的一系列問題，并制定了改進措施。汽輪發(fā)電機是電力生產(chǎn)的重要設(shè)備，如何防止發(fā)電機發(fā)生重大事故，保障發(fā)電機組安全穩(wěn)定運行，是火力發(fā)電廠需要常抓不懈的重大任務(wù)，故以此文與同行交流，以期促進電力生產(chǎn)安全水平的進一步提高，預(yù)防氫冷發(fā)電機組發(fā)生類似的進水跳閘事故。

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2015-08-22。

靖 君(1986-），男，工程師，長期從事大型火力發(fā)電廠集控運行生產(chǎn)與管理工作，email：jingjun5520@163.com。