某電站發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子引線燒損原因分析及處理

李曉飛，張 羽，李秀杰

(國電大渡河檢修安裝有限公司，四川 樂山 614900)

某電站4F機(jī)組發(fā)電機(jī)保護(hù)外部重動跳閘(滅磁跳閘聯(lián)跳)動作，4F機(jī)組空轉(zhuǎn)運(yùn)行，甩有功504 MW、無功79 Mvar，AGC、AVC自動退出，機(jī)組最大轉(zhuǎn)速158.13 r/min(126%Ne)，電網(wǎng)頻率最低降至49.91 Hz。

故障前全站有功與無功功率實(shí)發(fā)情況見表1。

表1 故障前有功功率與無功功率數(shù)據(jù)表

11時46分04秒923毫秒，發(fā)電機(jī)保護(hù)告警動作，11時46分28秒811毫秒，發(fā)電機(jī)保護(hù)動作跳閘，期間間隔時間約24 s。

1 數(shù)據(jù)記錄分析

1.1 歷史數(shù)據(jù)記錄分析

1)根據(jù)故障錄波數(shù)據(jù)，滅磁開關(guān)跳閘前，勵磁變高壓側(cè)二次電流最大瞬時值為4.268 A，折算至轉(zhuǎn)子側(cè)直流電流約為33 034 A(額定電流為3 105 A，約為10倍額定勵磁電流)。

2)根據(jù)故障錄波數(shù)據(jù)，4F機(jī)組轉(zhuǎn)子電流出現(xiàn)異常變化持續(xù)時間為217.2 ms，且存在一定周期性變化規(guī)律。

3)根據(jù)PMU數(shù)據(jù)記錄，故障時勵磁系統(tǒng)勵磁電壓在380～480 V之間波動，勵磁電流呈急劇上升趨勢，因PMU數(shù)據(jù)來自電流/電壓變送器，受輸出上限限制，最大勵磁電流顯示為8 000 A。

1.2 勵磁系統(tǒng)數(shù)據(jù)動作情況分析

1)根據(jù)勵磁系統(tǒng)現(xiàn)地工控機(jī)報(bào)警記錄，故障過程中報(bào)“轉(zhuǎn)子過熱報(bào)警104”“勵磁開關(guān)外部跳閘143”信號。

2)勵磁系統(tǒng)“轉(zhuǎn)子過熱報(bào)警”用于監(jiān)視轉(zhuǎn)子溫度，轉(zhuǎn)子溫度由勵磁電流和勵磁電壓計(jì)算出的轉(zhuǎn)子電阻推導(dǎo)出來，當(dāng)轉(zhuǎn)子溫度超過定值115℃(1009)時，勵磁系統(tǒng)發(fā)轉(zhuǎn)子過熱告警信號，當(dāng)轉(zhuǎn)子溫度超過定值125℃(1010)時，勵磁系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)視模式(1001)控制字狀態(tài)，發(fā)轉(zhuǎn)子過熱跳閘信號。

該電站轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)視模式(1001)投“開啟/報(bào)警”狀態(tài)，轉(zhuǎn)子溫度超過115℃或125℃時，只發(fā)報(bào)警信號。經(jīng)廠家軟件模擬仿真計(jì)算，故障時該電站轉(zhuǎn)子溫度超過300℃，轉(zhuǎn)子過熱報(bào)警正常動作，因此“轉(zhuǎn)子過熱報(bào)警”只發(fā)告警信號，不跳閘。

3)根據(jù)該電站勵磁系統(tǒng)滅磁開關(guān)脫扣定值整定情況，瞬時脫扣整定定值為18 000 A，故障時最大勵磁電流達(dá)33 034 A，超過滅磁開關(guān)脫扣定值，因此滅磁開關(guān)正常脫扣分閘，發(fā)送分閘信號至發(fā)電機(jī)保護(hù)，發(fā)電機(jī)保護(hù)聯(lián)跳機(jī)組出口斷路器，機(jī)組空轉(zhuǎn)運(yùn)行。

1.3 發(fā)電機(jī)保護(hù)動作分析

1)發(fā)電機(jī)滅磁開關(guān)聯(lián)跳保護(hù)動作分析。11時46分29秒393毫秒，勵磁系統(tǒng)滅磁開關(guān)本體過流保護(hù)動作，跳開滅磁開關(guān)。發(fā)電機(jī)1號、2號保護(hù)屏PCS-985GW保護(hù)裝置均收到滅磁開關(guān)分閘信號。結(jié)合發(fā)電機(jī)并網(wǎng)狀態(tài)判據(jù)，保護(hù)裝置滅磁開關(guān)聯(lián)跳功能動作于跳閘，跳開發(fā)電機(jī)出口斷路器，保護(hù)動作正確。

2)發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置啟動分析。11時46分29秒059毫秒，發(fā)電機(jī)1號、2號保護(hù)屏PCS-985 GW保護(hù)裝置均啟動，從錄波文件中分析可見，啟動原因?yàn)閯畲抛兏邏簜?cè)電流突變，在保護(hù)啟動216 ms內(nèi)，勵磁變高壓側(cè)電流二次值由0.25 A逐漸激增至2.13 A，隨即衰減為0。在此期間勵磁變高壓側(cè)電流二次值已達(dá)到勵磁變過流Ⅱ段動作定值1.02 A，但持續(xù)時間未達(dá)到勵磁變過流Ⅱ段動作延時(500 ms)，因此勵磁變過流Ⅱ段未動作。勵磁變高壓側(cè)電流也已達(dá)到過流Ⅰ段動作定值，但僅持續(xù)15 ms后即衰減為0，因此勵磁變過流Ⅰ段也未動作。分析簡表如表2。

表2 PCS-985 GW保護(hù)裝置啟動原因分析簡表

3)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置兩次告警分析。11時46分05秒401毫秒，發(fā)電機(jī)1號保護(hù)屏轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置PCS-985RE告警，并發(fā)送報(bào)警信號上送監(jiān)控。從PCS-985RE保護(hù)裝置錄波文件中分析可見，此時保護(hù)裝置采集計(jì)算的轉(zhuǎn)子對地絕緣電阻值為6.79 kΩ，低于轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地靈敏段告警定值20 kΩ，但未達(dá)到轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)跳閘定值5 kΩ，因此保護(hù)裝置僅告警而保護(hù)未啟動，持續(xù)3 100 ms后轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置告警復(fù)歸。

11時46分25秒366毫秒，發(fā)電機(jī)1號保護(hù)屏轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置PCS-985RE啟動，并發(fā)送報(bào)警信號上送監(jiān)控。從PCS-985RE保護(hù)裝置錄波文件中分析可見，在啟動時刻，保護(hù)裝置采集計(jì)算的轉(zhuǎn)子對地絕緣電阻值為4.080 kΩ，已低于轉(zhuǎn)子接地跳閘定值5 kΩ，保護(hù)啟動正常。因轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動作延時為5 s，在保護(hù)啟動4 519 ms后，滅磁開關(guān)本體過流保護(hù)、發(fā)電機(jī)滅磁開關(guān)聯(lián)動保護(hù)先后動作切除故障，因此轉(zhuǎn)子接地保護(hù)僅啟動，未動作跳閘。

綜上所述：機(jī)組異常解列原因?yàn)?，機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)一次設(shè)備異常，導(dǎo)致機(jī)組勵磁電流瞬時(216 ms)增加至滅磁開關(guān)脫扣定值(因持續(xù)時間短，未到勵磁變過流保護(hù)和轉(zhuǎn)子接地保護(hù)跳閘定值，上述兩種保護(hù)未動作)，滅磁開關(guān)脫扣跳閘，發(fā)電機(jī)保護(hù)聯(lián)跳發(fā)電機(jī)出口斷路器，機(jī)組空轉(zhuǎn)運(yùn)行。

2 一次設(shè)備檢查情況

2.1 現(xiàn)場檢查

設(shè)備故障后對4F機(jī)組定轉(zhuǎn)子等一次設(shè)備進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)4F轉(zhuǎn)子勵磁下滑環(huán)(負(fù)極)引下線L型連接板燒損、下滑環(huán)下平面與L型板連接處燒蝕、下滑環(huán)部分支撐絕緣套表面被電弧燒損致表面碳化、下滑環(huán)近處的部分碳刷燒損，見圖1～圖5。吊開機(jī)組大軸中心閥，檢查上滑環(huán)與L型連板連接處螺栓，發(fā)現(xiàn)其鎖片未鎖固到位。

圖1 轉(zhuǎn)子滑環(huán)、碳刷、防護(hù)罩燒損圖

圖2 風(fēng)罩內(nèi)下滑環(huán)支撐絕緣套管燒損圖

圖3 下滑環(huán)與引下線連接銅排處燒損圖

圖4 轉(zhuǎn)子下滑環(huán)至轉(zhuǎn)子中心體連接銅排熔斷圖

圖5 碳刷刷握有熔化物圖

2.2 絕緣測試

1)測機(jī)組定子絕緣R15=97 MΩ，R60=280 MΩ，定子絕緣正常。

2)在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架處斷開滑環(huán)至轉(zhuǎn)子磁極連接銅排，測轉(zhuǎn)子本體對地絕緣為251 MΩ，判定轉(zhuǎn)子磁極及相關(guān)連線正常。測上滑環(huán)(正極)對地絕緣為零。

3 故障原因分析

聯(lián)系制造廠技術(shù)人員趕赴現(xiàn)場查勘，檢查4F轉(zhuǎn)子勵磁下滑環(huán)(負(fù)極)與引下線L型銅排的四顆固定螺栓中靠大軸側(cè)的2顆螺栓孔完好且清潔，靠碳刷側(cè)的2顆螺栓孔已完全融化，經(jīng)初步分析判斷此次燒損故障原因?yàn)檗D(zhuǎn)子勵磁下滑環(huán)(負(fù)極)引下線L型連接板燒損是本次故障的直接原因。放電燃燒產(chǎn)生的巨大熱量及能量不僅燒損下滑環(huán)(負(fù)極)引下線L型連接板、燒蝕下滑環(huán)下平面與L型板連接處，同時引起了下滑環(huán)部分支撐絕緣套表面被電弧燒損致表面碳化、下滑環(huán)近處的部分碳刷燒損。

具體原因分析：結(jié)合現(xiàn)場檢查情況分析，主要原因可能為施工單位安裝工藝不到位。在故障查找時，檢查發(fā)現(xiàn)存在上滑環(huán)與L型連板鎖片未鎖緊到位，考慮到下環(huán)滑與L型連板連接時施工難度更大，鎖片同樣未鎖緊的可能性非常大，機(jī)組長時間振動運(yùn)行該部位連接螺栓會出現(xiàn)松動。而廠家設(shè)計(jì)導(dǎo)致滑環(huán)至引線連接部位常規(guī)檢修不易檢查也是其中原因之一，因?yàn)?F機(jī)組上滑環(huán)與L型連板處需吊開大軸中心閥才能檢查，常規(guī)檢修時不具備檢查條件;而下滑環(huán)與L型連板處位置低矮，又有支撐件等遮蔽，難以檢查。這也導(dǎo)致此隱患沒能及時發(fā)現(xiàn)及消除。

因此，機(jī)組長時間運(yùn)行后，該位置連接螺桿松動，導(dǎo)致接觸電阻增大，運(yùn)行過程中持續(xù)發(fā)熱，最終導(dǎo)致4F轉(zhuǎn)子勵磁下滑環(huán)(負(fù)極)引下線L型連接板燒損、下滑環(huán)下平面與L型板連接處燒蝕；并引起轉(zhuǎn)子正負(fù)極直接接地，使勵磁電流急劇增大，最終引起滅磁開關(guān)動作跳閘(見圖6)。

圖6 下滑環(huán)與引下線L型銅排固定螺栓燒損情況圖

4 故障處理

為確保該電站4F機(jī)組能盡快投入運(yùn)行，公司與制造廠制定了臨時的處理措施。因原轉(zhuǎn)子引線與發(fā)電機(jī)下滑環(huán)連接位置已燒損，因此將連接部位挪移一段距離。主要處理過程如下：

1)全部拆除發(fā)電機(jī)風(fēng)罩及大軸中心閥后，對轉(zhuǎn)子滑環(huán)、碳刷、連接銅排等部位進(jìn)行詳細(xì)檢查，并對風(fēng)罩內(nèi)部滑環(huán)、刷架等進(jìn)行了清潔處理，對絕緣支撐件表面進(jìn)行了打磨處理后涂刷188絕緣漆，確保滑環(huán)和刷架絕緣水平恢復(fù)正常水平。

2)拆除受損滑環(huán)外送修復(fù)處理，對下滑環(huán)燒蝕部位進(jìn)行了處理，并在其附近重新開孔。對整個滑環(huán)面進(jìn)行了研磨處理，確保其光潔度。

3)拆除燒損的L型銅排，根據(jù)現(xiàn)場連接尺寸情況，重新配制了L型銅排及其至引下線銅排，完成連接后，對接頭部位進(jìn)行了絕緣防護(hù)處理(各連接部位均進(jìn)行了燙錫處理，連接螺栓緊固到位，并涂抹了螺栓緊固劑)。

4)對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架處斷開滑環(huán)至轉(zhuǎn)子磁極連接銅排恢復(fù)連接，并重新進(jìn)行了絕緣處理。

5)對發(fā)電機(jī)滑環(huán)、大軸中心閥及風(fēng)罩完成回裝。對下滑環(huán)碳刷全部完成更換，并更換了受損的刷握，上環(huán)滑更換了尺寸較短的碳刷。

6)處理后對轉(zhuǎn)子進(jìn)行絕緣電阻、交流阻抗及整體耐壓試驗(yàn)，各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)均滿足要求。

5 后續(xù)計(jì)劃

1)因4F機(jī)組轉(zhuǎn)子引線與滑環(huán)連接部位燒損較嚴(yán)重，需對滑環(huán)進(jìn)行整體更換。

2)對碳刷架進(jìn)行改造，采用最新型可以監(jiān)測碳刷溫度及電流的產(chǎn)品。

3)在檢修期間，加強(qiáng)對大電流接頭的檢查，同時豐富檢測手段。主要是，盡量對裸露接頭測接觸電阻及通過塞尺檢查接觸情況。