淺議QFSN-660-2型發(fā)電機(jī)定子接地故障分析與處理

周 杰

(大唐環(huán)境產(chǎn)業(yè)集團(tuán)，北京海淀 100074)

0 引言

2014年某日12時(shí)，華中電網(wǎng)某發(fā)電廠，新近安裝的一臺(tái)哈電公司生產(chǎn)的QFSN-660-2型汽輪發(fā)電機(jī)，D號(hào)(QFSN-660-2型)發(fā)電機(jī)組有功647 MW，無功210 MVar，主汽壓力24.7 MPa，主汽溫度600 ℃，B、C、D、E、F五臺(tái)磨運(yùn)行，500 kV升壓站及其他系統(tǒng)運(yùn)行正常。

當(dāng)日12時(shí)00分09秒，發(fā)變組保護(hù)“定子接地保護(hù)”動(dòng)作，主開關(guān)跳閘(500 kV升壓站為3/2接線方式，主開關(guān)為5022和5023開關(guān))，勵(lì)磁開關(guān)跳閘(Q2)，汽輪機(jī)跳閘，鍋爐MFT；6 kV廠用電切換正常，聯(lián)啟大機(jī)交流潤(rùn)滑油泵(BOP)、交流密封油泵(SOB)正常。

12時(shí)38分汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速到零，盤車投運(yùn)。

1 原因分析

1.1 保護(hù)動(dòng)作分析

(1)發(fā)變組保護(hù)A、B柜兩套保護(hù)裝置同時(shí)動(dòng)作，均為“發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)基波零序電壓高值”出口。經(jīng)分析保護(hù)動(dòng)作值大于定值，保護(hù)動(dòng)作正確。動(dòng)作值及定值見下表1：

表1 保護(hù)動(dòng)作值及定值

(2)對(duì)發(fā)變組故障錄波曲線進(jìn)行分析，保護(hù)動(dòng)作前發(fā)電機(jī)機(jī)端A、B相電壓升高，二次值為：94 V、90 V，相位差約60°，C相二次電壓降低至14 V，分析判斷與單相接地故障波形一致。

通過對(duì)兩套保護(hù)動(dòng)作情況和發(fā)變組故障錄波波形分析，判斷為發(fā)電機(jī)發(fā)生C相定子接地故障。

1.2 事故后設(shè)備檢查

專業(yè)技術(shù)人員在現(xiàn)場(chǎng)全面檢查，主要檢查結(jié)果如下：

(1)檢查跳閘前的電壓、電流、鐵心溫度、線棒溫度、出水溫度及發(fā)電機(jī)輔助設(shè)備的運(yùn)行記錄等，無異常參數(shù)，初步判斷為突發(fā)性內(nèi)部故障。

(2)將發(fā)電機(jī)首、尾端軟連接拆除后，測(cè)量發(fā)電機(jī)絕緣為：A相55 MΩ、B相35 MΩ、C相0 MΩ，測(cè)量發(fā)電機(jī)外側(cè)(主變側(cè))絕緣為：700 MΩ，確認(rèn)發(fā)電機(jī)側(cè)C相發(fā)生接地故障。

(3)通過人孔進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)部對(duì)端部可見部分進(jìn)行內(nèi)檢，未發(fā)現(xiàn)明顯故障點(diǎn)。

分析判斷為發(fā)電機(jī)C相定子線棒發(fā)生接地故障。

1.3 發(fā)電機(jī)抽轉(zhuǎn)子后檢查

發(fā)電機(jī)抽出轉(zhuǎn)子進(jìn)行全面檢查，結(jié)果如下：

(1)鐵心明顯燒蝕部位有4處，均為汽側(cè)鐵心端部，分別為：34和35槽間鐵心、22和23槽間鐵心、19和20槽間鐵心、10和11槽間鐵心，其中34和35槽間鐵心燒蝕最為嚴(yán)重，深度已達(dá)18 mm，已損傷34槽上層線棒絕緣，34槽上層線棒為發(fā)電機(jī)C相線棒。見圖1。

圖1 鐵心燒蝕部位示意圖

(2)發(fā)電機(jī)汽側(cè)端部階梯段鐵心通風(fēng)槽鋼斷裂5處：34和35槽間、35和36槽間、23和24槽間、19和20槽間、10和11槽間。

(3)轉(zhuǎn)子表面汽側(cè)半段有斑點(diǎn)，判斷為燒蝕的鐵心碎片打擊所致。

本次故障的原因?yàn)榘l(fā)電機(jī)鐵心松動(dòng)引起，鐵心松動(dòng)的原因與生產(chǎn)廠商生產(chǎn)過程中質(zhì)量控制出現(xiàn)問題有關(guān)。

主要是裝配過程中質(zhì)量控制出現(xiàn)問題。定子接地故障原因是發(fā)電機(jī)定子鐵心松動(dòng)、燒損，進(jìn)而將定子線棒絕緣損壞、接地。

2 事故設(shè)備修復(fù)措施

2.1 主要由電機(jī)廠組織人員對(duì)故障發(fā)電機(jī)進(jìn)行修復(fù)。更換了34槽線棒；對(duì)松動(dòng)鐵心采用插入云母片隔斷處理；對(duì)汽端邊段鐵心通風(fēng)槽鋼斷裂部位，進(jìn)行清理后鑲嵌入環(huán)氧玻璃布板固化處理；用專用液壓拉伸器對(duì)發(fā)電機(jī)定子鐵心螺桿進(jìn)行了整體拉伸。

2.2 預(yù)防事故技術(shù)措施

設(shè)備修復(fù)處理過程中嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，采取的防范措施具體見下。

2.2.1 對(duì)定子膛內(nèi)進(jìn)行整體情況檢查，清理燒蝕的鐵心，對(duì)損壞的部位采取防范措施，并先后進(jìn)行了八次鐵損試驗(yàn)。

第1次：試驗(yàn)2 min，最高溫度125 ℃，對(duì)高點(diǎn)用插入云母片隔斷處理。

第2次：試驗(yàn)15 min，鐵心溫度高點(diǎn)處理19處，最高溫度105 ℃，對(duì)高點(diǎn)用插入云母片隔斷處理。

第3次：試驗(yàn)32 min，鐵心溫度高點(diǎn)處理22處，最高點(diǎn)100 ℃，對(duì)高點(diǎn)用插入云母片隔斷處理。

第4次：試驗(yàn)60 min，鐵心溫度高點(diǎn)處理9處，最高點(diǎn)61 ℃，同時(shí)對(duì)動(dòng)態(tài)振動(dòng)情況檢測(cè)良好(廠家借助鐵損試驗(yàn)進(jìn)行，報(bào)告未提供)，對(duì)高點(diǎn)用插入云母片隔斷處理。

第5次：試驗(yàn)60 min，鐵心溫度高點(diǎn)處理11處，最高點(diǎn)56 ℃，對(duì)高點(diǎn)用插入云母片隔斷處理。

第6次：試驗(yàn)60 min，鐵心溫度高點(diǎn)處理7處，最高點(diǎn)50 ℃，對(duì)高點(diǎn)用插入云母片隔斷處理，同時(shí)修復(fù)鐵心燒損部位及通風(fēng)槽鋼。定子34、35槽線棒之間邊段鐵心燒蝕部分鑲嵌假齒，并用絕緣膠固定，用環(huán)氧板打入固定方法修復(fù)斷裂通風(fēng)槽鋼。對(duì)定子汽端端部邊段鐵心用緊量刀檢查處理，并對(duì)松動(dòng)部分進(jìn)行處理；對(duì)定子端部邊段鐵心整體刷HEC-51106膠進(jìn)行固定，用拉伸器在汽端對(duì)定子鐵心穿心螺桿逐條進(jìn)行拉伸并緊固，汽端12點(diǎn)鐘位置左側(cè)為第一條，再左側(cè)為第二條，依次進(jìn)行檢查，共42條。

第7次：試驗(yàn)60 min，鐵心溫度高點(diǎn)處理3處，最高點(diǎn)51 ℃，對(duì)高點(diǎn)用插入云母片隔斷處理。

第8次：試驗(yàn)60 min，最高點(diǎn)47 ℃，定子膛溫度35 ℃，起始溫度31 ℃，整體溫升15 ℃、溫差12 ℃。滿足國(guó)標(biāo)要求(整體溫升不大于25 ℃，溫差不大于15 ℃)。

2.2.2 對(duì)鐵心燒損嚴(yán)重部位采取的措施。

對(duì)34和35槽間燒蝕最嚴(yán)重的鐵心進(jìn)行處理，先清除燒蝕的部位，然后插入云母片進(jìn)行絕緣處理，再用環(huán)氧板鑲嵌處理，如圖2所示。

圖2 燒損鐵心的處理

2.2.3 發(fā)電機(jī)鐵心通風(fēng)槽鋼斷裂采取的措施。

對(duì)斷裂部位進(jìn)行清理后鑲嵌入環(huán)氧玻璃布板固化處理，如圖3所示。

圖3 斷裂通風(fēng)槽鋼的處理

2.2.4 防止鐵心松動(dòng)采取的措施一：鐵心穿心和定位筋螺栓緊力檢查處理，直至符合廠家標(biāo)準(zhǔn)。

用專用液壓拉伸器對(duì)發(fā)電機(jī)定子鐵心進(jìn)行整體拉伸2次，第二次數(shù)據(jù)如下(廠家標(biāo)準(zhǔn)：鐵心穿心螺桿壓力1 700 bar，對(duì)應(yīng)拉伸器為2.36×105N；定位筋螺桿壓力為800 bar，對(duì)應(yīng)拉伸器為1.57×105N)。

2.2.5 防止鐵心松動(dòng)采取的措施二：緊量刀檢查驗(yàn)證。

鐵心松動(dòng)主要集中在汽端鐵心，處理后的鐵心松動(dòng)情況均滿足廠家標(biāo)準(zhǔn)(緊量刀插入不大于3 mm)。

2.2.6 槽楔松動(dòng)檢查驗(yàn)證：修前硬度檢查，問題集中在汽、勵(lì)端端部并進(jìn)行處理。

2.2.7 修后預(yù)試驗(yàn)證

試驗(yàn)滿足預(yù)試規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)要求，報(bào)告如下：

(1)定子轉(zhuǎn)子直流電阻(標(biāo)準(zhǔn)：與上次大修結(jié)果比較，不超過2%)，見表2。

表2 定子轉(zhuǎn)子直流電阻

(2)定子轉(zhuǎn)子絕緣電阻(標(biāo)準(zhǔn)：不小于0.5 MΩ)，見表3。

表3 定子轉(zhuǎn)子絕緣電阻

(3)定子直流耐壓(總電流mA/泄漏電流μA)(標(biāo)準(zhǔn)：2.5Un下，各相泄漏電流的差別不應(yīng)大于最小值的100%)，見表4。

(4)定子交流耐壓(標(biāo)準(zhǔn)：加1.5Un、1 min通過)，見表5。

(5)轉(zhuǎn)子交流阻抗(標(biāo)準(zhǔn)：與歷年比不應(yīng)有明顯變化)，見表6。

表4 定子直流耐壓

表5 定子交流耐壓

表6 轉(zhuǎn)子交流阻抗

經(jīng)上述各試驗(yàn)項(xiàng)目的試驗(yàn)，與歷次試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較，未發(fā)現(xiàn)異常,試驗(yàn)合格。

3 事故防范組織措施

3.1 集團(tuán)要求各企業(yè)全面排查、綜合治理，杜絕同類事件再次發(fā)生。召開專業(yè)會(huì)議，全面梳理發(fā)電機(jī)當(dāng)前存在的問題，分析制定治理計(jì)劃和防范措施。針對(duì)使用的哈電發(fā)電機(jī)，對(duì)歷次檢修發(fā)現(xiàn)和處理的問題進(jìn)行總結(jié)，對(duì)歷次試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，結(jié)合兄弟企業(yè)通報(bào)的同類型機(jī)組發(fā)生的問題進(jìn)行討論，分析自身使用的發(fā)電機(jī)還存在何種隱患，制定防范措施，防止運(yùn)行中發(fā)生設(shè)備損壞事故。其他企業(yè)參照上述條款執(zhí)行。

3.2 要求未按照《某集團(tuán)發(fā)電機(jī)組定子現(xiàn)場(chǎng)檢查規(guī)范》等文件要求，檢查文件要求制定檢查計(jì)劃，盡快安排抽轉(zhuǎn)子檢查，與哈電廠專業(yè)人員一同按照《某公司機(jī)組定子現(xiàn)場(chǎng)檢查規(guī)范》進(jìn)行檢查，同時(shí)將定子線棒水電接頭盒焊縫泄漏列為重點(diǎn)檢查內(nèi)容，雙方逐項(xiàng)簽字確認(rèn)，杜絕以包代管。

3.3 針對(duì)本次事故，集團(tuán)組織召開發(fā)電機(jī)專業(yè)會(huì)議，電科院專業(yè)人員參加會(huì)議，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)逐臺(tái)發(fā)電機(jī)的歷次檢查發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析、討論，各企業(yè)要利用檢修機(jī)會(huì)，結(jié)合近幾年公司發(fā)電機(jī)專家組通報(bào)的問題對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行全面檢查，特別是檢查鐵心緊固情況、有無過熱痕跡、進(jìn)油、漏氫等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理隱患。

3.4 要重視運(yùn)行機(jī)組的設(shè)備點(diǎn)檢工作，落實(shí)《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》(國(guó)能安全〔2014〕161號(hào))中相關(guān)要求，加強(qiáng)發(fā)電機(jī)絕緣過熱監(jiān)測(cè)裝置、鐵心溫度、繞組溫度、繼電保護(hù)測(cè)量數(shù)據(jù)等分析。