關(guān)于某660MW超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子接地故障的分析

王多強(qiáng)

摘? 要：2018年7月9日，土耳其某電廠#4機(jī)組660MW超臨界汽輪發(fā)電機(jī)組因發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地報(bào)警信號(hào)打閘停機(jī)。停機(jī)后，電氣運(yùn)維人員對(duì)機(jī)組進(jìn)行了檢查，并未發(fā)現(xiàn)明顯接地點(diǎn)，測(cè)量轉(zhuǎn)子線圈電阻及勵(lì)磁回路電阻合格后，啟動(dòng)機(jī)組。10個(gè)小時(shí)后，機(jī)組再次因轉(zhuǎn)子接地報(bào)警信號(hào)跳機(jī)。文章將對(duì)此次故障進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：660MW;汽輪發(fā)電機(jī);轉(zhuǎn)子接地;REG670;發(fā)電機(jī)軸瓦滲油

中圖分類(lèi)號(hào)：TM311? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）26-0098-02

Abstract： On July 9， 2018， the 660MW supercritical turbogenerator set of unit #4 in a power plant in Turkey shut down due to the generator rotor grounding alarm signal. After the shutdown， the electrical operation and maintenance personnel checked the unit， and did not find the obvious contact point. After the rotor coil resistance and excitation loop resistance were qualified， the unit was started. Ten hours later， the unit jumped again because of the rotor grounding alarm signal. This paper will analyze the fault.

Keywords： 660MW; turbogenerator; rotor grounding; REG670; generator bearing oil seepage

引言

隨著國(guó)際電力市場(chǎng)對(duì)發(fā)電廠的在效率、環(huán)保等方面的要求不斷提升，在火力發(fā)電方面，越來(lái)越多的新建機(jī)組采用300MW及以上容量的發(fā)電機(jī)，為維持電網(wǎng)的高效安全，此類(lèi)機(jī)組必須保持穩(wěn)定運(yùn)行。在常見(jiàn)的幾種發(fā)電機(jī)故障中，轉(zhuǎn)子接地故障對(duì)生產(chǎn)運(yùn)行影響較大，對(duì)設(shè)備的損害比較高，引起了各大電廠專(zhuān)家的重視。對(duì)此，國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)的300MW以上機(jī)型在主流設(shè)計(jì)上盡量避免故障發(fā)生，但是由于大型機(jī)組的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量大，元件多，在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，元件之間必然會(huì)收到各種不同的應(yīng)力沖擊，破壞轉(zhuǎn)子母線的絕緣，造成轉(zhuǎn)子接地故障。及時(shí)分析轉(zhuǎn)子接地故障的原因，可以盡快使機(jī)組恢復(fù)生產(chǎn)，對(duì)設(shè)備和運(yùn)維人員的危害也會(huì)降到最小。

1 機(jī)組情況介紹

該2×660 MW超臨界燃煤機(jī)組位于土耳其南部，#4和#5機(jī)組先后在2016年7月31日和2016年8月31日通過(guò)168小時(shí)連續(xù)滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行，機(jī)組采用的是由哈爾電機(jī)廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)制造QFSN-660-2型汽輪發(fā)電機(jī)，勵(lì)磁系統(tǒng)型號(hào)ABB UNITROL6800型，發(fā)變組保護(hù)系統(tǒng)采用的是ABB公司生產(chǎn)的REG670集成式微機(jī)保護(hù)裝置，轉(zhuǎn)子接地保護(hù)系統(tǒng)采用注入電壓式保護(hù)。

2 轉(zhuǎn)子接地保護(hù)原理簡(jiǎn)介

本機(jī)組采用的REG670智能微機(jī)保護(hù)裝置原理如圖1所示。

當(dāng)機(jī)組正常生產(chǎn)發(fā)電時(shí)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組對(duì)地是絕緣的，在轉(zhuǎn)子繞組發(fā)生接地情況時(shí)，這種絕緣被破壞。REG670轉(zhuǎn)子接地保護(hù)系統(tǒng)的方波注入信號(hào)由注入單元REX060中生成，通過(guò)耦合電容單元REX061注入發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電路。在REX061單元中，注入電壓和電流信號(hào)被放大到與IED的模擬電壓輸入相適應(yīng)的水平。在IED中，對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行評(píng)估以檢測(cè)轉(zhuǎn)子接地故障。

如系統(tǒng)等效電路圖所示，阻抗ZMeasured等于轉(zhuǎn)子繞組之間的對(duì)地電容（1/ωCrot）和接地故障電阻（Rf）。消除了注入電路中的串聯(lián)電阻。Rf在有故障情況下非常大，測(cè)量阻抗稱(chēng)為轉(zhuǎn)子參考阻抗，可計(jì)算為：

方波的注入頻率finj是一個(gè)設(shè)定值，偏離基頻。注入頻率可設(shè)置在75-250Hz范圍內(nèi)。本機(jī)組采用的是靜態(tài)勵(lì)磁系統(tǒng)，很容易產(chǎn)生注入單元過(guò)電壓，Rseries是REX061單元中用于防止過(guò)電壓的保護(hù)電阻。

從REX060注入電壓和電流作為交流電壓傳輸?shù)絀ED。在IED保護(hù)功能軟件中對(duì)注入電壓和電流進(jìn)行了測(cè)量和分析。

阻抗計(jì)算等效電路圖如2所示。

凈電抗Zbare可以計(jì)算為注入電壓及注入電流之比：

在非故障操作中，射頻非常大。此時(shí)阻抗計(jì)算如下：

在沒(méi)有轉(zhuǎn)子接地故障發(fā)生時(shí)，Rf非常大，此時(shí)阻抗計(jì)算如下：

參數(shù)k1和k2[Ω]在調(diào)試期間經(jīng)測(cè)量后設(shè)定，在調(diào)試期間，校準(zhǔn)已知抗故障電阻后，k1和k2用于將測(cè)量值轉(zhuǎn)換為一次阻抗值。k1因子將補(bǔ)償變壓器比等因素，以實(shí)現(xiàn)與主系統(tǒng)相關(guān)的阻抗值。系數(shù)k2（Ω）將彌補(bǔ)Zseries阻抗。

在非故障條件下測(cè)量的健康阻抗在以后的文章中稱(chēng)為參考阻抗。

在IED中，測(cè)量阻抗與參考阻抗進(jìn)行比較。在接地故障情況下，對(duì)故障阻抗進(jìn)行估計(jì)，并與設(shè)定值RAlarm和RTrip進(jìn)行比較。

通過(guò)方程給出的復(fù)變換，將實(shí)測(cè)阻抗值轉(zhuǎn)化為實(shí)際阻抗值，將測(cè)量值轉(zhuǎn)化為一次阻抗值。

如果Rf

如果Rf

3 #4機(jī)組轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地跳閘檢查經(jīng)過(guò)

2018年7月9日凌晨0點(diǎn)53分，#4發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到轉(zhuǎn)子繞組對(duì)地絕緣電阻值低于機(jī)組跳機(jī)值并且持續(xù)1秒以上，機(jī)組跳閘，機(jī)組停機(jī)后，維護(hù)團(tuán)隊(duì)測(cè)量轉(zhuǎn)子繞組正、負(fù)級(jí)與地之間絕緣為1.16MΩ，測(cè)量絕緣時(shí)保持轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體一次二次側(cè)各元件連接均未解列。

2018年7月9日早6點(diǎn)10分，經(jīng)檢查恢復(fù)后，機(jī)組符合再次啟動(dòng)條件，#4機(jī)組恢復(fù)并網(wǎng)運(yùn)行。

2018年7月9日下午16時(shí)02分， #4發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到轉(zhuǎn)子繞組對(duì)地絕緣電阻值再次低于機(jī)組跳機(jī)值并且持續(xù)1秒以上，機(jī)組跳閘，本次停機(jī)后，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行及維護(hù)人員決定對(duì)機(jī)組進(jìn)行詳細(xì)的檢查，解體轉(zhuǎn)子繞組導(dǎo)體上的二次儀表，并解體轉(zhuǎn)子繞組，分別測(cè)量對(duì)地絕緣值，并徹底清理轉(zhuǎn)子繞組和發(fā)電機(jī)小軸間內(nèi)的污物。

2018年7月11日，早上6點(diǎn)56分，#4機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行，并網(wǎng)后通過(guò)發(fā)電機(jī)保護(hù)屏觀察轉(zhuǎn)子接地阻值在14000-26000Ω之間波動(dòng)。因阻值波動(dòng)較大，就地清理轉(zhuǎn)子接地碳刷與大軸之間的油污，發(fā)現(xiàn)#4機(jī)發(fā)電機(jī)保護(hù)屏轉(zhuǎn)子接地阻值指示-1000Ω即無(wú)窮大。

2018年7月13日，檢查發(fā)現(xiàn)#4機(jī)發(fā)電機(jī)保護(hù)屏轉(zhuǎn)子接地阻值指示-1000Ω即無(wú)窮大，偶爾變化為20000Ω左右。經(jīng)運(yùn)行維護(hù)團(tuán)隊(duì)研究，應(yīng)縮短定期檢查清理轉(zhuǎn)子接地碳刷的工作周期，且接地碳刷與大軸之間有油污，故此工作周期更改為一個(gè)星期。

2018年9月04日，維護(hù)團(tuán)隊(duì)更換#4發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地碳刷、更換后發(fā)電機(jī)保護(hù)屏轉(zhuǎn)子接地阻值指示-1000Ω即無(wú)窮大。

4 原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查的情況，轉(zhuǎn)子繞組接地可能的原因有以下幾個(gè)方面：（1）在檢修過(guò)程中有金屬異物等遺留或進(jìn)入轉(zhuǎn)子繞組造成接地。（2）集電環(huán)處碳粉堆積或者污垢較多造成發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣降低。（3）勵(lì)磁回路的故障。（4）ABB設(shè)計(jì)圖紙要求REX060與REX061之間的電纜，應(yīng)該是屏蔽雙絞線，截面大于1.5mm2，屏蔽層應(yīng)可靠接地，另外現(xiàn)場(chǎng)繼電器REG670，REX060和REX061的機(jī)箱，都應(yīng)使用截面大于4mm2的接地線可靠接地，電纜都有抗干擾的要求。（5）現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)跳閘定值可能過(guò)于靈敏，尤其是對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)干擾較強(qiáng)的情況，風(fēng)險(xiǎn)較大。

5 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)#4機(jī)組自發(fā)電以來(lái)的運(yùn)行情況記錄、各項(xiàng)保護(hù)數(shù)據(jù)及本次事故前后對(duì)發(fā)電機(jī)絕緣的測(cè)量數(shù)據(jù)，判斷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組應(yīng)該不存在接地情況，轉(zhuǎn)子接地保護(hù)系統(tǒng)檢測(cè)的對(duì)地絕緣較低的原因可能是發(fā)電機(jī)小軸室中的油污固定了碳刷摩擦產(chǎn)生的碳粉在勵(lì)磁小軸表面，這縮短了絕緣距離，當(dāng)堆積量過(guò)高時(shí)，造成轉(zhuǎn)子繞組附近某處空氣電離，直至擊穿。

根據(jù)本次事故本文提出以下幾點(diǎn)建議。

（1）停機(jī)期間，拆除所有刷握及碳刷對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組絕緣進(jìn)行測(cè)量，轉(zhuǎn)子繞組的絕緣電阻值在10-30℃時(shí)不小于0.5MΩ。（2）如果停機(jī)時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組絕緣電阻小于0.5MΩ，則需要對(duì)發(fā)電機(jī)集電環(huán)碳刷裝置進(jìn)行清理，排除積碳、污垢等造成絕緣低的請(qǐng)況，如果該措施無(wú)效果，將考慮聯(lián)系制造廠派專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員查找接地點(diǎn)并進(jìn)行處理，必要時(shí)可能需要抽出轉(zhuǎn)子。（3）檢測(cè)發(fā)電機(jī)氫水油系統(tǒng)油側(cè)，氫側(cè)，空側(cè)壓差，定期檢查差壓閥工作情況，防止漏油，滲油情況發(fā)生。（4）定期檢查大軸接地碳刷及集電環(huán)碳刷的磨損情況，保證大軸接地良好，集電環(huán)碳刷接觸良好。

綜合分析本次事故，得出以下結(jié)論，大型汽輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行情況復(fù)雜，當(dāng)發(fā)生轉(zhuǎn)子接地保護(hù)跳閘時(shí)，除分析勵(lì)磁繞組真實(shí)的接地情況外，也要對(duì)勵(lì)磁繞組的所處的環(huán)境，保護(hù)系統(tǒng)本身的情況進(jìn)行排查，從多方面考慮分析故障原因，另外，對(duì)機(jī)組存在的長(zhǎng)期問(wèn)題不可任其存在而不解決，這類(lèi)問(wèn)題往往會(huì)引發(fā)其他故障，最終導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

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