油質(zhì)劣化導(dǎo)致軸電流保護(hù)動(dòng)作的事故分析與處理

潘雪石，侯錄江，徐 桅，李甲駿，楊 瑩

（1.河北張河灣蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050300；2.河北易縣抽水蓄能有限公司籌建處，河北 保定 074200）

油質(zhì)劣化導(dǎo)致軸電流保護(hù)動(dòng)作的事故分析與處理

潘雪石1，侯錄江2，徐 桅1，李甲駿1，楊 瑩1

（1.河北張河灣蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050300；2.河北易縣抽水蓄能有限公司籌建處，河北 保定 074200）

介紹了一起250 MW蓄能機(jī)組因上導(dǎo)油盆內(nèi)的雜質(zhì)聚集在絕緣墊附近，導(dǎo)致軸流回路電阻降低，引起機(jī)組軸電流保護(hù)動(dòng)作的事故。通過對(duì)上導(dǎo)軸承的拆卸和清潔恢復(fù)了機(jī)組正常狀態(tài)，暴露出導(dǎo)軸承維護(hù)周期偏長的問題，對(duì)同類型機(jī)組運(yùn)維工作具有借鑒意義。

軸電流保護(hù)；電氣跳機(jī)；上導(dǎo)軸承；解體

1 故障介紹

張河灣電站位于河北省石家莊市井陘縣境內(nèi)，是一座日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，電站樞紐工程包括上、下水庫、輸水系統(tǒng)、地下廠房、開關(guān)站等組成。電站單機(jī)容量250 MW，總裝機(jī)容量1 000 MW，安裝了4臺(tái)單級(jí)可逆式水泵水輪發(fā)電機(jī)組，以一回500 kV線路接入河北南部電網(wǎng)。

2015年2月17日04:33，1號(hào)機(jī)抽水運(yùn)行中出現(xiàn)1號(hào)機(jī)軸電流保護(hù)動(dòng)作報(bào)警，1號(hào)機(jī)電氣跳機(jī)，甩負(fù)荷-250 MW。

監(jiān)控出現(xiàn)如下報(bào)警信息：

U01_JA01_EW100_DI01 ShutDown-A；

U01_JA01_EW100_DI03 Comm.Elec.Equip.Trip；

U01_GA01_ELEFLT_DI01UnitElecticalFAULT。

運(yùn)維人員對(duì)1號(hào)機(jī)組保護(hù)A盤進(jìn)行檢查，確認(rèn)為軸電流保護(hù)動(dòng)作導(dǎo)致機(jī)組電氣跳機(jī)。同時(shí)對(duì)發(fā)電電動(dòng)機(jī)軸電流保護(hù)接地碳刷進(jìn)行檢查，未見異常；對(duì)軸電流保護(hù)CT二次回路和軸電流保護(hù)裝置進(jìn)行檢查，未見異常；整個(gè)事故過程及后續(xù)試驗(yàn)中，軸電壓表指示始終為0。經(jīng)過對(duì)軸電流回路進(jìn)行分析，初步懷疑上導(dǎo)油盆透平油質(zhì)量下降，導(dǎo)致絕緣降低，因此對(duì)1號(hào)機(jī)組上導(dǎo)軸承的透平油進(jìn)行了更換，將全部透平油排出，注入新油。

2月18日，將1號(hào)機(jī)組軸電流保護(hù)由掉閘改為信號(hào)，進(jìn)行1號(hào)機(jī)組抽水調(diào)相工況啟動(dòng)試驗(yàn)，機(jī)組雖然啟動(dòng)正常，但是軸電流保護(hù)報(bào)警信號(hào)仍然存在，相關(guān)絕緣數(shù)值仍然較低。

5) 定植密度：株行距3.5 m ×3.5 m；穴植，穴規(guī)格1.0 m × 0.8 m × 0.5 m。每穴可植3～5株。

2月27日至3月1日張河灣電站申請機(jī)組退備，對(duì)上導(dǎo)油盆進(jìn)行了拆解，徹底清洗了油盆內(nèi)各個(gè)部件，回裝后進(jìn)行了機(jī)組試轉(zhuǎn)及并網(wǎng)試驗(yàn)，軸電流保護(hù)運(yùn)行正常，未產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。

2 原因分析

2.1 保護(hù)原理

張河灣電站發(fā)電機(jī)為傘式結(jié)構(gòu)，設(shè)置有一套軸電流保護(hù)用于監(jiān)視發(fā)電機(jī)運(yùn)行過程中的軸電流大小，定值1.0 mA延時(shí)10 s。通過對(duì)發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，判斷可形成軸電流回路共有4條：1條是上導(dǎo)瓦面+油膜+絕緣墊（如圖1所示），其他3條都是梳齒密封+絕緣墊。發(fā)電機(jī)制造商對(duì)上述第1條回路的絕緣墊阻值設(shè)置有絕緣監(jiān)視，而其余3條未設(shè)置絕緣監(jiān)測，不便直接判斷絕緣情況。在此次缺陷處理過程中，重點(diǎn)對(duì)梳齒密封間隙是否有金屬顆粒、上導(dǎo)瓦面、各絕緣墊（絕緣套筒）等部位進(jìn)行檢查，同時(shí)對(duì)上導(dǎo)軸承的油樣進(jìn)行了化驗(yàn)。具體分析如下：

（1）軸電流保護(hù)是一套“mA級(jí)過電流保護(hù)”，當(dāng)檢測到通過②大軸CT電流超過設(shè)定值（1.0 mA）時(shí)，延時(shí)（10 s）出口動(dòng)作電氣跳機(jī)。

（2）軸電流保護(hù)范圍為：②大軸CT以上部分，即主要是①上導(dǎo)瓦部分；閉合回路a是軸電流保護(hù)動(dòng)作回路，其前提條件是：上導(dǎo)瓦油膜電阻值+（131-132之間絕緣墊電阻值）+（132-133之間絕緣墊電阻值）=電阻值和，可見，此時(shí)若上導(dǎo)瓦油膜消失，同時(shí)金屬顆?；螂s質(zhì)附著在131-132之間絕緣墊及132-133之間絕緣墊處時(shí)，整個(gè)軸電流的回路構(gòu)成，即使大軸上感應(yīng)的軸電壓很低，但此時(shí)回路電阻值很小，將足以產(chǎn)生較大的軸電流，這也就是為什么在保護(hù)動(dòng)作時(shí)，軸電壓表未顯示讀數(shù)的原因。

圖1 軸電流配置及動(dòng)作回路示意圖

2.2 保護(hù)動(dòng)作后更換上導(dǎo)透平油前后相關(guān)測量數(shù)據(jù)分析

處理過程中，對(duì)發(fā)電機(jī)端子箱SP04內(nèi)端子131、132、133進(jìn)行了測量，數(shù)據(jù)見表1。

表1 1號(hào)機(jī)組直阻測量數(shù)據(jù)

3 處理過程

為了徹底清理上導(dǎo)油盆內(nèi)雜質(zhì)，張河灣公司申請機(jī)組退備，對(duì)上導(dǎo)油盆進(jìn)行了拆解，徹底清洗了油盆內(nèi)各個(gè)部件，回裝后進(jìn)行了機(jī)組試轉(zhuǎn)及并網(wǎng)試驗(yàn)，軸電流保護(hù)運(yùn)行正常，未產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。

從圖2可以看出，絕緣墊的厚度不是很厚（約2 mm），在接縫處粘附有黑色雜質(zhì)，其中可能含有碳刷磨損后產(chǎn)生的碳粉，當(dāng)黑色雜質(zhì)聚集一定數(shù)量，在電磁場作用下，就會(huì)將上面的上導(dǎo)瓦支撐與下面的上機(jī)架連通，從而形成了軸電流保護(hù)的電流回路，引起軸電流保護(hù)動(dòng)作。

圖2 絕緣墊環(huán)細(xì)節(jié)圖

在發(fā)電機(jī)端子箱內(nèi)測量131-132、132-133間的直阻或絕緣就是為了判斷此絕緣墊環(huán)上下兩層的絕緣是否良好。

對(duì)油盆內(nèi)各個(gè)部位拆解的所有部件進(jìn)行清潔，回裝完畢充完油后，再次測量131-132、132-133之間的阻值，與軸電流保護(hù)動(dòng)作后測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比，131-132間（上絕緣層）電阻由原來的1 kΩ左右上升至145 kΩ，132-133（下絕緣層）有原來的300 Ω左右上升至150 kΩ左右，電阻值明顯提高，清潔油盆內(nèi)部及絕緣墊環(huán)的作用明顯。此外，對(duì)于所有螺栓的絕緣套筒進(jìn)行絕緣檢查，結(jié)果均正常，同時(shí)也進(jìn)行了相應(yīng)的清潔。

1號(hào)機(jī)組恢復(fù)運(yùn)行后，張河灣公司嚴(yán)密監(jiān)視131-132間、132-133間絕緣情況，未發(fā)現(xiàn)異常，1號(hào)機(jī)組軸電流保護(hù)也未產(chǎn)生報(bào)警，由此可見，1號(hào)機(jī)組上導(dǎo)油盆清理工作取得了較好的效果。張河灣公司通過此次缺陷處理，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為今后機(jī)組的軸電流回路檢查及上導(dǎo)軸承的檢修工作打下了較好的基礎(chǔ)。

4 暴露問題

（1）設(shè)備維護(hù)不到位，發(fā)電機(jī)導(dǎo)軸承油盆定期解體清掃檢查的周期偏長。

（2）對(duì)發(fā)電機(jī)軸電流保護(hù)日常維護(hù)不到位，未能按期監(jiān)測回路阻值。

（3）未將發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承油盆底部的梳齒密封檢查列入日常工作。

（4）機(jī)組檢修項(xiàng)目執(zhí)行不到位，未能徹底跟蹤處理。

5 防范措施

（1）增加機(jī)組檢修項(xiàng)目：每兩年進(jìn)行發(fā)電機(jī)軸承油盆解體檢查及清洗。

（2）定期測量軸電流保護(hù)回路阻值，監(jiān)測絕緣墊環(huán)的絕緣情況，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)處理。

（3）將發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承的上油盆蓋、油盆底部的梳齒密封檢查納入機(jī)組定檢項(xiàng)目，定期檢查梳齒密封間隙內(nèi)是否有雜質(zhì)或顆粒。

6 結(jié)語

目前國內(nèi)蓄能機(jī)組普遍進(jìn)入“大運(yùn)行”階段，要求年發(fā)電量按照設(shè)計(jì)值控制，這對(duì)蓄能機(jī)組的運(yùn)行維護(hù)工作提出了新的考驗(yàn)。本文介紹的一起因油質(zhì)劣化，雜質(zhì)沉積導(dǎo)致的軸電流保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)事件，為蓄能電廠在新常態(tài)下的檢修項(xiàng)目策劃和日常維護(hù)工作敲響了警鐘，對(duì)同類型蓄能電站具有參考借鑒意義。

[1]蘇華利.水輪發(fā)電機(jī)組軸電流保護(hù)誤報(bào)警分析與處理[J].科技資訊，2015，13(2):30-31.DOI:10.3969/j.issn.1672-3791. 2015.02.022.

[2]賀 強(qiáng).淺談大型水輪發(fā)電機(jī)組軸電流的產(chǎn)生與預(yù)防[J].水電與新能源，2013(z1):68-70，84.

[3]周建為.抽水蓄能機(jī)組軸電流保護(hù)[J].水電自動(dòng)化與大壩監(jiān)測，2003，27(1):68-69.DOI:10.3969/j.issn.1671-3893.2003.01.023.

圖15 功率變送器加裝后3號(hào)機(jī)組發(fā)電停機(jī)有功趨勢

3 結(jié)論

通過對(duì)數(shù)字型功率變送器的選用，徹底消除了困擾電站多年的機(jī)組發(fā)電停機(jī)從電網(wǎng)吸收有功功率的“疑難雜癥”，同時(shí)極大改善了機(jī)組功率反饋信號(hào)的測量精度及響應(yīng)速率，滿足了電網(wǎng)對(duì)機(jī)組有功功率調(diào)節(jié)品質(zhì)的嚴(yán)格要求。

此外，張河灣電站對(duì)該問題的分析和解決策略亦可為設(shè)計(jì)單位及在建抽水蓄能發(fā)電企業(yè)提供參考與借鑒，在調(diào)節(jié)控制環(huán)節(jié)應(yīng)優(yōu)先選用高精度、短時(shí)延的功率變送器或交采裝置以保證機(jī)組發(fā)電調(diào)節(jié)品質(zhì)，更好的服務(wù)電網(wǎng)，服務(wù)社會(huì)發(fā)展。

圖16 功率變送器加裝后1號(hào)機(jī)組發(fā)電停機(jī)有功趨勢

參考文獻(xiàn)：

[1]唐 濤.發(fā)電廠與變電站自動(dòng)化技術(shù)及其應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2005.

TM312

B

1672-5387（2016）12-0038-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.12.014

2016-10-20

潘雪石（1984-），男，工程師，從事抽水蓄能電站運(yùn)維管理工作。