某600MW汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地故障原因分析及處理

龔登科(黔東火電廠，貴州黔東557702)

某600MW汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地故障原因分析及處理

龔登科
(黔東火電廠，貴州黔東557702)

本文介紹了某電廠600MW汽輪發(fā)電機運行期間，因轉(zhuǎn)子引線發(fā)生金屬性動態(tài)接地，造成機組停運。本文將對故障產(chǎn)生的原因進行分析，并對故障點定位和如何盡快處理此類故障進行經(jīng)驗總結(jié)，同時也對轉(zhuǎn)子接地保護接入方式進行了探討。

汽輪發(fā)電機；轉(zhuǎn)子接地；原因分析；故障處理

2013年12月14日，某火電廠600MW汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點接地，轉(zhuǎn)子一點接地保護低定值段動作，程序逆功率保護動作于停機。保護動作于停機后，再次對機組進行沖轉(zhuǎn)。在盤車過程中，轉(zhuǎn)子對地絕緣大于500MΩ，轉(zhuǎn)速上升至200 r/min，轉(zhuǎn)子對地絕緣為0。投入勵磁系統(tǒng)進行零起升壓后，轉(zhuǎn)子接地保護仍然動作。

1 故障定位及原因分析

發(fā)變組保護故障錄波記錄轉(zhuǎn)子正對地電壓191 V，負(fù)對地3 V。轉(zhuǎn)子正負(fù)極間電壓為270 V。

因發(fā)變組保護故障錄波記錄的對地電壓之和與轉(zhuǎn)子正負(fù)極間電壓不對應(yīng)，發(fā)電機廠家檢修人員要求重新對發(fā)電機進行沖轉(zhuǎn)，查找故障點。

斷開發(fā)電機勵磁回路，在發(fā)電機升速過程中，測量轉(zhuǎn)子對地絕緣為0時，汽輪機定速；在檢測到穩(wěn)定接地后，對轉(zhuǎn)子接地極和大軸之間施加交流電流，以燒成穩(wěn)定接地點，在靜態(tài)時也能找到位置；發(fā)電機升速至3 000 r/min，通過零起升壓，用萬用表測量轉(zhuǎn)子正對地和負(fù)對地電壓，判斷故障點位置。

3天后機組重新點火沖轉(zhuǎn)，從升速開始采用5 000 V電動搖表測量轉(zhuǎn)子對地絕緣，在汽輪機定速200 r/min時測得轉(zhuǎn)子對地絕緣為0，對轉(zhuǎn)子和大軸施加交流電，最大電流為6 A，擬通過施加交流電流經(jīng)接地故障點產(chǎn)生熱量形成一相對穩(wěn)定的接地點。將發(fā)電機升速至3 000 r/min，手動零起升壓，斷開發(fā)變組保護轉(zhuǎn)子接地保護轉(zhuǎn)子電壓以及失磁保護轉(zhuǎn)子電壓回路，在發(fā)電機空載電壓分別為10%，20%，30%，50%額定電壓時測量轉(zhuǎn)子電壓和正、負(fù)極對地電壓，其中轉(zhuǎn)子負(fù)對地電壓分別為1.69 V，1.71 V，1.91 V，1.93 V，負(fù)對地電壓與轉(zhuǎn)子電壓不成比例上升，說明接地點在轉(zhuǎn)子引線部位。

經(jīng)查文獻(xiàn)〔1〕，設(shè)備制造廠家《轉(zhuǎn)子線圈結(jié)構(gòu)圖》中第13號部件為絕緣塊，出廠時漏裝。該引線螺釘處在正常情況下被槽鍥蓋住，機組檢修時一般不會打開。引線最上層銅箔在安裝時被螺帽壓傷(斷口形狀與螺帽外形一致)，在轉(zhuǎn)子高速運轉(zhuǎn)時離心力作用下，因引線未壓實，該上層銅箔發(fā)生金屬疲勞斷裂。又因未壓絕緣，導(dǎo)致該銅箔導(dǎo)體斷裂翹起后只要轉(zhuǎn)速稍高(210 r/min)便直接與鋼性槽鍥接觸，發(fā)生金屬性接地。

以上問題為產(chǎn)品制造、監(jiān)造時對隱蔽點驗收不到位，屬于制造廠制造質(zhì)量問題。

2 故障處理

因接地點在轉(zhuǎn)子引線部位，確定打開發(fā)電機勵側(cè)端蓋不抽轉(zhuǎn)子檢查處理。具體步驟如下:

1)在等待汽輪機缸溫降低過程中，拆除發(fā)電機勵側(cè)化妝板、勵側(cè)碳刷架、外端蓋；

2)汽輪機缸溫至150°C時改為0.5 h手動盤車180°，實際因手動盤車太慢，采用電動點動操作盤車方式；

3)8號瓦油系統(tǒng)加堵板隔離，視情況每次盤車前在8號瓦處軸頸處淋適量油潤滑；

4)拆卸8號瓦、密封瓦、勵側(cè)內(nèi)外上端蓋、轉(zhuǎn)子風(fēng)扇葉片；

5)拆除勵側(cè)擋風(fēng)環(huán)固定螺栓，將擋風(fēng)環(huán)下沉，留出位置進行檢修處理；

6)廠家人員退出轉(zhuǎn)子風(fēng)扇葉輪下負(fù)極槽鍥，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子繞組引線銅箔最上一片斷裂翹起，而該塊槽鍥安裝時未做絕緣處理，因此判斷此處即故障點，如圖1左上方所示。

圖1 轉(zhuǎn)子繞組引線銅箔斷裂

7)剪除該處斷裂翹起的銅箔片，在2個螺帽上方加蓋絕緣塊(廠家按設(shè)計圖紙配供的)。另外圖1左上方螺釘處導(dǎo)線是一個爬坡段，需加三角形絕緣塊壓實并用絕緣銷鎖緊。拆開轉(zhuǎn)子正極引線也存在同樣的槽鍥下未壓絕緣問題，按負(fù)極同樣的方式進行處理。

上述新增絕緣塊為工廠標(biāo)準(zhǔn)件，且正負(fù)極(相差180°)同時加裝，該處在轉(zhuǎn)子大軸部半徑較小，增加的絕緣塊重量約500 g，不至于對轉(zhuǎn)子動平衡造成較大影響。處理后情況如圖2所示。

圖2 轉(zhuǎn)子繞組引線絕緣盒

3 故障經(jīng)驗總結(jié)

3.1 故障點查找問題

轉(zhuǎn)子一點接地故障點查找方法很簡單，即用萬用表測量轉(zhuǎn)子正對地和負(fù)對地電壓，由此推測故障點位置。對于火電機組，如因轉(zhuǎn)子接地保護動作跳機，為迅速查明處理故障，應(yīng)盡快再次鍋爐點火，將汽輪機沖轉(zhuǎn)至3 000 r/min，采用零起升壓至10%，20%，30%，40%，50%的額定電壓。在本次轉(zhuǎn)子故障處理時，因現(xiàn)場人員經(jīng)驗不足，廠家未及時提供指導(dǎo)，導(dǎo)致二次點火沖轉(zhuǎn)查找故障，耽誤了搶修工期。

零起升壓查找故障點電壓較低時，碳刷固有的接觸壓降，將影響測量位置判斷。該汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子空載額定電壓為157 V，零起升壓10%時，對應(yīng)轉(zhuǎn)子電壓為15.7 V，測得轉(zhuǎn)子負(fù)對地電壓為1.69 V，按推算接地點在線圈總匝數(shù)的10%處。但隨著轉(zhuǎn)子電壓逐漸升高，負(fù)對地電壓仍為1.71～1.93 V，基本不隨轉(zhuǎn)子電壓的升高而明顯變化，推算的接地點就不再是線圈總匝數(shù)的10%處，而是越來越靠近轉(zhuǎn)子引線，考慮碳刷接觸電壓的影響，可以判斷接地點就在引線處。

3.2 轉(zhuǎn)子接地保護的投入方式

目前國內(nèi)大型火電發(fā)電機組轉(zhuǎn)子接地保護采用投一點接地跳閘和兩點接地跳閘兩種方式〔2－3〕。以往轉(zhuǎn)子一點接地均不投跳閘，隨著近年大量的大機組投運，很多專家認(rèn)為大型發(fā)電機轉(zhuǎn)子發(fā)生一點接地故障如發(fā)展到兩點接地，部分轉(zhuǎn)子繞組被短路，可能燒傷轉(zhuǎn)子本體，振動加劇，甚至可能發(fā)生軸系和汽輪機磁化，修復(fù)更加困難，因此發(fā)變組保護制造廠家在提供的文獻(xiàn)〔4〕《RCS－985發(fā)電機變壓器成套保護裝置300MW機組保護整定計算書》中直接將轉(zhuǎn)子一點接地保護投跳閘。

文獻(xiàn)〔5〕DL/T684—2012《大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導(dǎo)則》也規(guī)定:“無論水輪發(fā)電機或汽輪發(fā)電機，在勵磁回路一點接地保護動作發(fā)出信號后，應(yīng)立即轉(zhuǎn)移負(fù)荷，實現(xiàn)平穩(wěn)停機檢修。”

實際發(fā)電機勵磁回路可能因封閉母線進水、更換碳刷操作失誤等造成轉(zhuǎn)子接地，另外轉(zhuǎn)子內(nèi)部一點接地故障也并不影響機組運行，并且因兩點接地造成發(fā)電機轉(zhuǎn)子損壞的概率很低。從減少機組非計劃停運角度，有必要將發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點接地保護投信號，一點接地后迅速組織分析，判斷故障性質(zhì)和可能的危害程度，能排除的故障(如漏水等)及時排除，并由兩點接地保護動作于跳閘。

4 結(jié)論

本文針對某火電廠600MW汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點金屬性接地故障進行了故障定位查找以及原因分析，對設(shè)備質(zhì)量問題提出了針對性的處理措施，保證了機組健康穩(wěn)定運行。同時對于該例故障，總結(jié)得到了600MW汽輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子一點接地的故障查找經(jīng)驗以及對于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中轉(zhuǎn)子接地保護接入方式的探討。

〔1〕東方電機股份有限公司.汽輪發(fā)電機安裝說明書〔S〕.2004.

〔2〕中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.繼電保護和安全自動裝置技術(shù)規(guī)程:GB/T 14285—2006〔S〕.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

〔3〕南京南瑞繼保電氣有限公司.RCS－985發(fā)電機變壓器成套保護裝置技術(shù)使用說明書〔S〕.2005.

〔4〕南京南瑞繼保電氣有限公司.RCS－985發(fā)電機變壓器成套保護裝置300MW機組保護整定計算書〔S〕.2005.

〔5〕國家能源局.大型發(fā)電機變壓器繼電保護整定計算導(dǎo)則:DL/ T684—2012〔S〕.北京:中國電力出版社，2012.

Reason Analysis and Treatment of Rotor Grounding Fault of 600MW Turbo Generator

GONG Dengke
(Qiandong Thermal Power Plant，Qiandong 557702，China)

This paper introduces the outage caused by the dynamic grounding of rotor leads during the operation of a 600MW turbo generator in a power plant.This paper analyzes the causes of the fault，and summarizes how to located the fault and deal with such faults as soon as possible.At the same time，it discusses the accessmode of the rotor grounding protection.

turbo generator；rotor grounding；causal analysis；fault treatment

TM311

B

1008-0198(2017)03-0088-03

龔登科(1972)，男，湖南長沙，高級工程師，工學(xué)學(xué)士。

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.03.025

2017-04-05