發(fā)電機故障停機的分析及處理方法

摘 要：文章主要介紹了某發(fā)電廠發(fā)電機故障停機的真實案例，通過分析導(dǎo)致故障的基本原因，再結(jié)合電氣高壓試驗工作，最終排除了安全隱患。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機；出口電纜；泄漏電流；交流耐壓

1 概述

2015年6月，某發(fā)電廠其中一臺10.5kV、27MW的發(fā)電機在運行中突然保護裝置動作，同時發(fā)電機出口開關(guān)跳閘，機組緊急停機。經(jīng)檢查，系該發(fā)電機B相出口電纜頭靠端部位置燒焦擊穿后接地導(dǎo)致，通過對故障原因分析判斷，并結(jié)合電氣相關(guān)事故搶修工作，最終確保該發(fā)電廠機組安全可靠運行，滿足電網(wǎng)調(diào)頻調(diào)峰的需要。

2 故障原因分析

通過對B相出口電纜以及周邊的運行環(huán)境檢查，總結(jié)出故障原因可能由以下幾方面構(gòu)成。

2.1 機械損傷

由于該發(fā)電機隸屬燈泡貫流式水輪機組。受地理環(huán)境影響，發(fā)電機出口開關(guān)設(shè)在機組上層，而發(fā)電機設(shè)在下層的燈泡殼內(nèi)。因此電纜在施工鋪裝時所經(jīng)過的路徑并非筆直的線路，彎曲的弧度很大，在一定程度上可能會造成內(nèi)部絕緣的損傷。亦有可能在運輸時電纜被嚴重擠壓而使保護層和芯線損壞，同時交接驗收工作不到位埋下故障隱患。

2.2 施工不當(dāng)

由于施工方法不良，在敷設(shè)電纜過程中，電纜外皮剮蹭到尖銳的墻體或角鐵部位，使電纜頭和中間的薄弱環(huán)節(jié)發(fā)生故障，導(dǎo)致絕緣層被擊穿。

2.3 絕緣受潮

經(jīng)檢查，靠B相電纜端部位置的墻體有滲水現(xiàn)象，使水分侵入電纜內(nèi)部，外皮受潮后而產(chǎn)生腐蝕。另外可能由于電纜本身質(zhì)量問題，局部存在洞孔或細裂，在系統(tǒng)過壓運行時絕緣層被擊穿。

2.4 絕緣老化

受溫度、濕度、電場力等因素的長期作用，電纜在運行過程中絕緣逐漸下降、內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸損壞。

3 故障對策實施

電力設(shè)備在運行中會經(jīng)常遇到如操作過電壓、雷擊過電壓、故障過電壓等除電網(wǎng)電壓以外的工頻過電壓作用。而預(yù)防性試驗可以提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備受過電壓后產(chǎn)生的某些缺陷，它是保證設(shè)備安全運行的重要措施之一。根據(jù)我國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》規(guī)定，橡塑電纜試驗需作如下幾個項目：

（1）絕緣電阻及吸收比的測量是進行各項高壓試驗的首要前

提，它對設(shè)備所施電壓較低，一般為500V～2500V之間，再加上操作時間短，故不會對設(shè)備絕緣缺陷造成累計傷害效應(yīng)，不屬于破壞性試驗。通過2500V兆歐表測量B相電纜線芯對地或?qū)饘倨帘螌娱g和各線芯間的絕緣電阻后發(fā)現(xiàn)，15秒的讀數(shù)和60秒的讀數(shù)基本相同，電纜完全沒有吸收比，已經(jīng)無法繼續(xù)投入運行，據(jù)以往經(jīng)驗判斷，應(yīng)該是受潮所致。結(jié)合對B相周圍環(huán)境的檢查，可以確定：靠電纜附近的墻體滲水是誘發(fā)這次故障的主要原因。由此相關(guān)部門對該墻體的創(chuàng)面做了緊急處理，保證不會有滲水現(xiàn)象發(fā)生。

（2）直流耐壓和直流泄漏電流試驗原理上基本一致，前者是對電力設(shè)備施加一定的直流電壓，在規(guī)定的時間內(nèi)檢查絕緣中的受潮、機械損傷等局部缺陷，而直流泄漏測量則側(cè)重反映設(shè)備單相之間的絕緣老化平衡關(guān)系。由于B相電纜在擊穿燒焦過程中，波及了A、C兩相電纜，從外觀上看，這兩相電纜表皮也有熏黑的痕跡，在不能確保電纜內(nèi)部絕緣好壞的情況下，應(yīng)對A、C兩相進行絕緣電阻和直流泄漏的測試，首先對A、C相做絕緣電阻測試，A相R15秒讀數(shù)為180MΩ，R60秒讀數(shù)為370MΩ，吸收比>1.6。C相R15秒讀數(shù)為220MΩ，R60秒讀數(shù)為415MΩ，吸收比>1.6。具備直流耐壓和直流泄漏測試的條件，通過兩相泄漏電流試驗數(shù)據(jù)的比較，證明A、C相絕緣良好。

（3）交流耐壓試驗是鑒定電力設(shè)備絕緣強度最有效和最直接的方法，是預(yù)防性試驗的一項重要內(nèi)容。根據(jù)檢修人員多年的試驗經(jīng)驗證明：直流耐壓試驗不能有效地發(fā)現(xiàn)電纜中的絕緣缺陷，甚至在某種程度上會造成電纜的絕緣隱患。同時新版國標(biāo)《電氣設(shè)備交接試驗規(guī)程》（GB50150-2006）及國內(nèi)外有關(guān)部門也廣泛推薦采用交流耐壓取代傳統(tǒng)的直流耐壓。因此經(jīng)研究決定，A、C相還要進行交流耐壓試驗項目。首先，用50kV交直流兩用SF6試驗變對電纜進行2.5倍額定電壓進行交流耐壓，但在升壓至18kV時，電流已達到15A。儀器過流保護動作自動跳電源開關(guān)，試驗無法進行下去。分析得知，這兩相電纜每根總長度接近50米。在工頻電壓下，由于電纜本身電容量較大，對試驗儀器裝置的電源容量也有較高的要求，傳統(tǒng)的交流耐壓試驗變壓器容量往往達不到要求，而達到要求的變壓器又因為重量和體積的原因，不便于對外檢修以及現(xiàn)場人工搬運，靈活性很差。因此決定，使用變頻串聯(lián)諧振試驗裝置進行交流耐壓試驗，它的體積與重量僅為為傳統(tǒng)試驗變壓器的1/2～1/3。

a.變頻串聯(lián)諧振試驗裝置由勵磁變壓器、變頻電源、諧振電抗器、電容分壓器組成，接線時，將回路中的電感和被試品（電纜）串聯(lián)。試驗時，調(diào)節(jié)回路中的電感、電容或頻率均可以使電感與電容滿足：ωL=1/ωC。此時在電感和電容上的電壓大大超過了回路外施電壓，電路產(chǎn)生諧振。

b.流過高壓回路的電流，在諧振狀態(tài)時達到最大值，即：Imax=U2/R，R為高壓回路等效電阻。

c.諧振回路中的品質(zhì)因數(shù)Q=，這時試品上電壓

Uc=QU2，由于Q值遠大于1，所以U2遠小于Uc，因此試驗變壓器和調(diào)壓器的容量也可相應(yīng)減小Q倍，以此達到低電壓、小容量電源來使電纜的絕緣承受高電壓考驗的目的。

d.值得注意的是，交流耐壓試驗屬于破壞性試驗，對電纜絕緣本身會造成累積傷害效應(yīng)。因此在試驗中按規(guī)程規(guī)定，嚴格控制了試驗電壓和試驗時間、試驗次數(shù)。

4 故障隱患排除

A、C相經(jīng)過1min的交流耐壓試驗后，沒有出現(xiàn)局部放電或者因絕緣損壞接地導(dǎo)致試驗回路跳閘的現(xiàn)象，證明這兩相絕緣合格，具備繼續(xù)運行的條件。研究決定，更換B相已損壞的電纜，同時對新更換的電纜做交接試驗項目。待試驗完成后，將新更換的B相電纜放置到位，結(jié)合A、C兩相再做一次直流泄漏試驗，因為DL/T 596-2005《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》規(guī)定：在規(guī)定的試驗電壓下，最大泄漏電流在20μA以下者，相間差值與歷次試驗結(jié)果比較，不應(yīng)有顯著的變化；各相泄漏電流的差別不應(yīng)大于最小值的100%。試驗結(jié)果三相泄漏電流平衡，機組具備投運條件。

5 結(jié)束語

狀態(tài)檢修是國家電網(wǎng)提出“大檢修”體系下必然的發(fā)展方向。在這次故障處理過程中，通過對設(shè)備進行在線監(jiān)測、在線診斷，實時掌握設(shè)備的運行情況、獲取設(shè)備運行特征參數(shù)是實現(xiàn)狀態(tài)檢修的基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]陳家斌.電氣設(shè)備故障診斷方法及實例[M].北京：中國水利水電出版社，2003.

[2]黃建華.論述電力電纜常見故障的原因及其預(yù)防對策[J].廣東科技，2008（20）.

[3]陳化鋼.電氣設(shè)備預(yù)防性試驗方法[M].北京：水利電力出版社，1994.