勵磁鋼母線間軟連接斷裂故障原因分析與處理

董錦川

（國網(wǎng)新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北唐山064309）

勵磁鋼母線間軟連接斷裂故障原因分析與處理

董錦川

（國網(wǎng)新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北唐山064309）

主要是結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際分析水泵水輪發(fā)電機(jī)在水泵工況運(yùn)行過程中，由于軟連接在兩端鋼母線交變應(yīng)力作用下發(fā)生局部“脆斷”，形成間隙瞬間放電現(xiàn)象，造成轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動作。通過認(rèn)真分析研究決定更換辮式軟連接，最終徹底消除此隱患。為抽水蓄能電站今后的運(yùn)行和設(shè)備維護(hù)方面提供了借鑒。

水泵水輪發(fā)電機(jī)；勵磁；鋼母線；軟連接；斷裂

1 電廠概況

潘家口蓄能電廠位于河北省唐山市遷西縣灑河橋鎮(zhèn)桃園村，是20世紀(jì)80年代我國首次全套引進(jìn)國外機(jī)電設(shè)備的抽水蓄能電廠，是在已建成的潘家口水庫壩后式廠房內(nèi)安裝3臺意大利ABB公司單機(jī)90 MW的抽水蓄能機(jī)組。上水庫庫容29.3億m3，下水庫為蓄能機(jī)組的日調(diào)節(jié)水庫，庫容0.5億m3。1991年7月，2號機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，1993年底全部工程竣工，是全國第一座混合式水力發(fā)電站。

潘家口電廠裝有3臺90 MW抽水蓄能機(jī)組。其中發(fā)電電動機(jī)為ABB公司生產(chǎn)的立軸、懸式、三相、50 Hz、空冷、可逆式同步發(fā)電電動機(jī)，定子繞組額定電壓13.8 kV，額定轉(zhuǎn)速125 r/min和142.8 r/min。冷卻方式為無外加風(fēng)扇軸向混合通風(fēng)冷卻方式，中性點(diǎn)接地方式為經(jīng)二次側(cè)帶接地電阻的接地方式。主變壓器選用ABB公司生產(chǎn)的單臺容量為100 MW的220 kV強(qiáng)迫油循環(huán)水冷有載調(diào)壓變壓器。變壓器型式為戶外油浸、銅線、雙繞組、帶勵磁調(diào)壓分接開關(guān)的電力變壓器，調(diào)壓范圍為220±11×1.4%kV，高壓側(cè)額定電壓220 kV，低壓側(cè)額定電壓13.8 kV，連接方式Y(jié)O/△。接線方式為發(fā)電電動機(jī)—變壓器組單元接線，分別經(jīng)發(fā)電電動機(jī)出口斷路器連接主變壓器，升壓后與系統(tǒng)連接。發(fā)電電動機(jī)出口斷路器為阿海法公司制造。電站共設(shè)有2條220 kV線路接入系統(tǒng)，分別為潘遵I回線、潘遵II回線。

2 事件經(jīng)過

2016年03月29日12:36:55，潘家口電廠4號機(jī)組抽水工況帶-60 MW穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)“4號機(jī)組定子或轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動作”，監(jiān)控系統(tǒng)啟動自動停機(jī)流程，4號機(jī)組抽水轉(zhuǎn)停機(jī)。監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)警信息見圖1、圖2。

圖1 勵磁鋼母線之間軟連接在轉(zhuǎn)子9號磁極附近熔斷及絕緣墊塊燒灼圖

圖2 融化物在轉(zhuǎn)子10號磁極附近2塊絕緣墊塊處產(chǎn)生的燒灼痕跡

3 處理過程

將轉(zhuǎn)子10號磁極處燒黑的絕緣墊塊進(jìn)行更換；對軟連接融化產(chǎn)生的熔融物進(jìn)行徹底清理。組織對4號機(jī)組甩負(fù)荷以后的轉(zhuǎn)動部件、勵磁系統(tǒng)、水機(jī)部分進(jìn)行檢查；對類似的軟連接部件進(jìn)行了全部檢查，未發(fā)現(xiàn)其他異常。短時(shí)間內(nèi)因無軟連接備品備件，咨詢發(fā)電機(jī)設(shè)備廠家采用臨時(shí)使用銅排替代斷裂的軟連接，使機(jī)組在24 h內(nèi)恢復(fù)備用。圖3為臨時(shí)銅排安裝完成后情況。最終備件于3月30日上午到貨，在下午的檢查中進(jìn)行更換，完成設(shè)備缺陷的最終處理。更換完畢后，對轉(zhuǎn)子進(jìn)行電氣性能試驗(yàn)，對更換后的軟連接接觸電阻及絕緣測試，試驗(yàn)測試合格。電氣試驗(yàn)通過后，對機(jī)組進(jìn)行空轉(zhuǎn)、零起升壓及空載試驗(yàn)。在試驗(yàn)完畢后再次對風(fēng)洞內(nèi)、發(fā)電機(jī)內(nèi)部進(jìn)行檢查，檢查正常。與華北調(diào)度溝通協(xié)調(diào)將4號機(jī)組缺陷情況進(jìn)行說明，對2號機(jī)組、3號機(jī)組相關(guān)部件的檢查，未發(fā)現(xiàn)異常情況。見圖4、圖5。

圖3 臨時(shí)銅排安裝完成后圖片

圖4 最終更換的辮式軟連接

圖5 最終更換的辮式軟連接

4 原因分析

一是軟連接在最初安裝、制造時(shí)已經(jīng)存在應(yīng)力集中點(diǎn)，該應(yīng)力集中點(diǎn)為軟連接圧接根部。二是軟連接運(yùn)行年限已達(dá)24年，運(yùn)行時(shí)間長，存在老化現(xiàn)象。三是軟連接在運(yùn)行中因通流產(chǎn)生發(fā)熱現(xiàn)象，軟連接所用的銅材質(zhì)在受熱時(shí)，易氧化，物理性能發(fā)生變化，脆性增加，隨氧化程度的增加，在機(jī)組轉(zhuǎn)動部件應(yīng)力作用下產(chǎn)生脆裂現(xiàn)象。四是軟連接在長期運(yùn)行過程中承受周期性交變外力的作用，也是其產(chǎn)生脆裂的原因之一。故障中軟連接熔斷原因分析，從圖1和圖6中可以看出，軟連接在兩端鋼母線交變應(yīng)力作用下發(fā)生局部“脆斷”，軟連接上流過的電流全部由剩余連接部分承載，造成軟連接通流能力降低，溫度升高，使銅金屬不斷老化。當(dāng)軟連接脆斷間隙逐漸增大，形成間隙瞬間放電現(xiàn)象，放電使得軟連接斷口熔化，造成轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動作。

圖6 17號磁極附近勵磁鋼母線間軟連接裂痕情況

5 暴露問題

各級管理人員存在思想重視程度不足的問題，施工工藝及管理要求不嚴(yán)，未實(shí)現(xiàn)檢修質(zhì)量監(jiān)督有效閉環(huán)管理。運(yùn)維人員定期工作、檢修項(xiàng)目執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)不嚴(yán)、轉(zhuǎn)子連接部件設(shè)備檢查不到位、不細(xì)心。設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中存在交變應(yīng)力，軟連接在運(yùn)行過程中承受周期性外力，設(shè)備改進(jìn)措施跟蹤不夠。

6 防止對策

一是從管理環(huán)節(jié)上加強(qiáng)閉環(huán)監(jiān)督管理，提高思想認(rèn)識，深刻借鑒典型事故經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，做到舉一反三，深刻查找設(shè)備問題。二是完善作業(yè)手冊，制定定檢及日常維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)工作卡，嚴(yán)格落實(shí)檢修質(zhì)量責(zé)任追蹤制度，落實(shí)各級人員責(zé)任，形成有效閉環(huán)管理。三是加強(qiáng)運(yùn)維人員專業(yè)技能、業(yè)務(wù)水平的培訓(xùn)，強(qiáng)化設(shè)備主人責(zé)任意識。四是聯(lián)系設(shè)備制造廠家討論在磁極軟連接設(shè)計(jì)方面的不足，分析交變應(yīng)力產(chǎn)生的原因，研究改進(jìn)軟連接方式。

7 結(jié)束語

本文針對潘家口蓄能電廠水泵水輪發(fā)電機(jī)組在水泵工況運(yùn)行過程中，由于軟連接脆斷形成間隙瞬間放電現(xiàn)象進(jìn)行了認(rèn)真分析及相應(yīng)的檢查處理?？梢钥闯觯蚴擒涍B接在兩端鋼母線交變應(yīng)力作用下發(fā)生局部“脆斷”，軟連接上流過的電流全部由剩余連接部分承載，造成軟連接通流能力降低，溫度升高，使銅金屬不斷老化。當(dāng)軟連接脆斷間隙逐漸增大，形成間隙瞬間放電現(xiàn)象，放電使得軟連接斷口熔化，造成轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動作。針對此問題該電廠立即采取了臨時(shí)措施盡早恢復(fù)了機(jī)組的運(yùn)行，同時(shí)，與相關(guān)廠家技術(shù)人員研究使用更換辮式軟連接，通過近一段時(shí)間的機(jī)組運(yùn)行情況看，取得了比較滿意的效果。

TV734.2

B

1672-5387（2017）12-0039-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.12.015

2017-11-01

董錦川（1965-），男，工程師，從事抽水蓄能電站安全生產(chǎn)運(yùn)行、維護(hù)、檢修管理工作。