水輪發(fā)電機勵磁變保護動作原因分析及處理

李軍偉，侯 賽，王 靚，劉 琨

（漢江集團丹江口水力發(fā)電廠，湖北 丹江口 442700）

水輪發(fā)電機勵磁變保護動作原因分析及處理

李軍偉，侯 賽，王 靚，劉 琨

（漢江集團丹江口水力發(fā)電廠，湖北 丹江口 442700）

介紹了一臺單機容量為80 MW的水輪發(fā)電機勵磁變保護動作時的現象，通過對現場的檢查，分析出故障發(fā)生的原因是碳刷燒損短路，針對存在的問題提出了處理方法，最后提出了具體的防范措施。

水輪發(fā)電機；碳刷短路；勵磁變保護；故障分析

0　概述

某發(fā)電公司有4臺單機容量為80 MW的水輪發(fā)電機組。G1號發(fā)電機運行在110 kV母線，G2號發(fā)電機原運行在110 kV母線，G3，G4號發(fā)電機勵磁變保護動作，分別運行在220 kV 1號母線和2號母線。G4號發(fā)電機勵磁變保護動作故障發(fā)生前220 kV母線電壓為228.8 kV，系統(tǒng)頻率為50.02 Hz。其中G2號發(fā)電機大修，其他3臺機組滿負荷運行。全廠有功功率為240 MW，無功功率為100 Mvar。

1　故障發(fā)生時的現象

2013-08-22T06：26，監(jiān)控語音報：“G4號發(fā)電機勵磁變保護動作”，“G4號發(fā)電機勵磁消失”，“G4號發(fā)電機勵磁消失A柜動作”。計算機監(jiān)控PQ顯示G4（P，Q）為0。

故障信號欄顯示：G4號發(fā)電機勵磁過壓保護動作、保護停機方式1（跳發(fā)變組開關、滅磁開關、機組自用變低壓開關）。監(jiān)控系統(tǒng)設備狀態(tài)變化欄顯示：G4號發(fā)變組開關2204跳閘，滅磁開關跳閘。

G4號發(fā)電機跳閘后，220 kV母線電壓由228.8 kV下降至224 kV，系統(tǒng)頻率從50.02 Hz下降至49.94 Hz。

2　現場檢查

G4號發(fā)電機勵磁變保護動作后，運行人員、檢修人員迅速到現場檢查。檢查情況如下：

（1） G4號發(fā)電機出口開關2204開關跳閘；

（2） G4號發(fā)電機已處于空轉狀態(tài)，調速器動作正常；

（3） G4號發(fā)電機勵磁變保護裝置顯示“勵磁變速斷”保護動作；

（4） G4號發(fā)電機勵磁變外觀檢查未發(fā)現異常；

（5） 勵磁變溫度：A相65 ℃，B相40 ℃，C相40 ℃；

（6） 現場調出G4號發(fā)電機勵磁變電流速斷保護動作記錄：A相電流28.85 A，B相電流33.5 A，C相電流32.85 A。三相電流值均大于勵磁變電流速斷保護定值7.33 A。

3　原因分析

G4號發(fā)電機轉檢修進行停機檢查。測勵磁變低壓側絕緣：A相50 MΩ，B相100 MΩ，C相100 MΩ。測G4號發(fā)電機定子絕緣吸收比40/5，轉子回路絕緣220 MΩ。G4號發(fā)電機定子絕緣、轉子回路絕緣均在正常范圍內，排除了機組內部故障跳閘的可能性。

檢查G4號發(fā)電機轉子回路集電環(huán)、碳刷時，發(fā)現發(fā)電機+X方向2個碳刷卡死，+Y方向1個碳刷卡死，-X方向1只刷握熔毀。+X，-Y之間有8只刷握熔毀，滑環(huán)上環(huán)表面輕度燒蝕。

經分析，認為造成碳刷短路的原因是：正在大修的G2號發(fā)電機打磨修型金屬件時產生的過多金屬粉塵進入碳刷；G2號發(fā)電機檢修時將上機架疊放在G4號發(fā)電機上，使G4號發(fā)電機維護不便；天氣炎熱等。

為了排除G4號發(fā)電機保護裝置誤動的可能性，技術人員對該機組保護裝置采樣系統(tǒng)進行了嚴格的檢查，模擬短路電流達20 A，裝置采樣準確；對電流互感器進行導通試驗，回路完好。從而判定G4號發(fā)電機是由于碳刷短路，產生較大的故障電流，使G4號機組勵磁變保護電流速斷動作跳閘。

4　故障處理

4.1滑環(huán)刷架處理

（1） 吊起G2號發(fā)電機上機架。清理G4號發(fā)電機滑環(huán)刷架，拆滑環(huán)引線，勵磁引線。打磨G4號發(fā)電機滑環(huán)刷架接觸面，對滑環(huán)表面進行清掃，清理絲扣，并更換11只燒毀的碳刷。

（2） 刷架裝配完成后，測量、調整刷握至滑環(huán)的間隙，將間隙在2.5-3.5 mm的刷握調整至4.5 mm；將間隙大于8 mm的刷握調整至4.5 mm，即調整全部碳刷刷握與滑環(huán)間隙4.5 mm。

（3） 接勵磁引線，更換碳刷，調整碳刷壓簧壓力至0.02 MPa，并對刷架周邊進行了清理。

4.2絕緣測試

（1） 對G4號發(fā)電機轉子滑環(huán)、轉子刷架絕緣進行檢查、試驗，試驗合格。

（2） 對G4號發(fā)電機轉子直流電阻、交流阻抗、絕緣電阻進行檢查、試驗，試驗合格。

（3） 對勵磁變進行了直流電阻、絕緣電阻檢查、試驗，試驗合格。

4.3開機試驗

將G4號發(fā)電機開機空轉，對發(fā)電機刷握、碳刷、滑環(huán)進行打磨擦拭檢查，未發(fā)現異常。開機測量勵磁電流、電壓等試驗數據正常，檢查刷握、滑環(huán)、碳刷等設備運行正常無卡碰。

對G4號發(fā)電機進行手動零起升壓試驗，逐步將機組電壓升至額定值。檢查機組各參數正常。隨后G4號發(fā)電機并網恢復正常運行。

5　防范措施

此次G4號發(fā)電機勵磁變保護動作是由轉子回路碳刷燒損短路引起的，應從中吸取教訓：任何情況下運維工作都不能有死角，應及時發(fā)現可能引起故障的缺陷、隱患并及時處理，將事故消除在萌芽狀態(tài)。采取的具體措施如下。

（1） 發(fā)電機組檢修打磨金屬構件時要采取防粉塵措施，以減少粉塵對運行機組的影響。如增加廠房頂通風機開啟臺數、工作現場設置除塵設備等。

（2） 檢修機組的上機架放置在其他運行機組上方時，機架與機組間要留有足夠的空間，以便于運行值班人員對運行機組進行檢查維護。

（3） 巡檢人員要嚴格執(zhí)行巡回檢查制度，遵循“六到一不漏”原則，即“走到、看到、摸到、聞到、聽到、分析到、巡檢不漏項”。

（4） 運行值班人員要嚴格執(zhí)行《設備定期工作》管理規(guī)定，對運行機組滑環(huán)進行清掃。

（5） 加裝機組故障錄波裝置，以便于二次保護設備動作后的分析。

（6） 在中控室安裝PMU人機界面終端，以便快速提取PMU數據，分析判斷事故原因。

2016-02-20。

李軍偉（1967-），男，高級技師，主要從事水電廠運行管理工作，email：ljw 2136@163.com。

侯 賽（1987-），男，工程師，主要從事水電廠運行管理工作。

王 靚（1980-），女，助理工程師，主要從事水電廠運行管理工作。

劉 琨（1971-），男，技師，主要從事水電廠高壓檢修工作。