600 MW超临界机组发电机跳闸事故分析与处理

2015-12-22靖君

电力安全技术 2015年12期

关键词：线棒负序冷水

靖君

(广东大唐国际潮州发电有限责任公司，广东潮州 515723)

600 MW超临界机组发电机跳闸事故分析与处理

靖君

(广东大唐国际潮州发电有限责任公司，广东潮州 515723)

介绍了一起采用水-氢-氢冷却方式的600 MW发电机进水跳闸事故的处理过程，分析了发电机线棒损坏及转子振动突变引起机组跳闸的原因，剖析了发电机检修和设备管理上存在的问题，提出并实施了一系列改进措施，防止同类事故的发生，确保发电机安全可靠运行。

匝间短路；接头漏水；定子线棒；转子振动

1 故障经过

2014-08-25T14：18，某发电厂2号机组正常运行，有功功率607 MW，无功功率166 Mvar，机炉电所有主保护均正常投入。2号发电机定子线圈温度、上下层线棒出水温度、定子铁芯等各部温度均正常。汽轮发电机组各轴振、瓦振正常。发电机定子冷却水系统、氢气系统、密封油系统均正常运行，现场无检修作业、无设备启停等运行操作。发变组保护、发电机漏氢检测装置、发电机油水探测装置均无任何报警。

2014-08-25T14：18：56，2号机硬光字牌“2号机组故障录波器启动”、“定冷水系统异常”报警，软光字牌“发电机氢水差压低”、“发电机定冷水压差大”报警，定子冷却水系统画面上“定子线圈水压差高”、“定子线圈进出水流量差高”开关量报警。

14：18：57，“汽机振动大”报警，发电机两端轴振7X/7Y，8X/8Y突增变坏点。

14：18：58，汽机轴振大保护启动。

14：18：59，7X/7Y轴振突增至387/469 μm，8X/8Y轴振突增至331/474 μm。

14：19：01，轴振大保护动作于汽机跳闸(保护延时3 s)，首出“7Y轴振大跳闸”。锅炉MFT，机、炉各联锁动作正常。机组跳闸后，氢系统画面上有“接线盒底部检漏计水位高”、“发电机汽端检漏计1水位高”报警；打开检漏计底部排污门有连续水流排出，定子冷却水箱水位持续下降，初步判断为发电机内定子线棒接头漏水。

14：34：25，停止B定冷水泵运行，并进行紧急排氢。

15：10：00，机组转速至0，投入盘车。

2 发电机内部检查及故障处理

2.1 发电机线棒损坏情况

2014-08-26，工作人员进入发电机内部检查，发现励侧11，12点钟位置4个水电接头受损。其中上层线棒(31，32槽)2个水电接头手包绝缘爆掉，水盒接头断掉，下层线棒(15槽)及V1环形引线2个水盒被波及，2个接头手包绝缘损环，发电机内部大量进水，油水探测器报警。损坏水电接头部位如图1所示。

图1 水电接头损坏照片

2014-08-31，工作人员对2号发电机抽转子检查时发现：定子端部未见明显松动现象，环形引线部分有少量黄粉，转子励侧风区内存在铜粉，发电机内存在油水，32号槽上层线棒股线L型压块螺栓脱落。对线棒进行单独交流耐压试验，25，26，27，28号槽上层4根线棒绝缘被击穿、碳化，判定股线匝间短路。由于底层线棒存在熏黑现象，继续抬出29，30，31，32号槽上层线棒后，剩余线棒的直流耐压试验全部通过。同时，转子的各项电气试验如绝缘电阻、交流阻抗和RSO试验等正常，通风试验及密封试验检查正常。

2.2 发电机受损线棒处理

根据现场故障情况及绝缘试验结果，更换25-32号槽上层的8根线棒，并对所有的线棒进行耐压试验、定子冷却水流量试验、水压试验，然后对水电盒进行相控阵和着色探伤检查。上层线棒入槽后，进行耐压试验、超声波检测、直流电阻测量和直流大电流温升红外检测。发电机全部回装后进行交、直流耐压试验。转子进行气密、通风试验，绝缘电阻、直流电阻、交流阻抗试验及RSO试验。

2014-09-26T08：00，2号机一次并网成功，发电机抢修工作顺利结束。

3 机组跳闸过程与原因分析

3.1 机组跳闸过程分析

14：18：56，励磁故障报警，故障录波启动，发电机绝缘损坏放电。

14：18：57，发电机中性点零序电压开始出现突变，由0.55 V突增至1.03 V，持续165 ms。在该时间内共出现2个发电机定子接地过程，但发电机中性点零序电压值未持续大于5.8 V，时间也未达到定值整定的时间2.3 s，故发电机定子接地保护未动作。

14：18：58，负序电流突升至999 A，发电机两端轴振7X/7Y，8X/8Y开始突变，轴振保护启动。

14：19：00，发电机定子冷却水压力突升至0.37 MPa报警变红，定子冷却水流量降至90.63 t/h，“定子线圈进出水流量低”报警。

14：19：03，定子线圈进水压力升至0.51 MPa，分析造成定冷水压力突升的原因是氢气进入定子冷却水管。

14：19：01，轴振保护动作，ETS动作、汽轮机跳闸、主汽门关闭。

14：19：02，定冷水箱水位出现突升。

14：19：06，发电机程跳逆功率保护动作，发-变组开关跳闸，发电机解列。

14：19：16，定冷水箱水位最高升至632.81 mm后持续下降，造成定冷水箱水位上升的主要原因为发电机内氢气进入定子冷却水管及定冷水箱。当定冷水泵出口压力升高，定子线圈进水压力升至0.51 MPa(满量程)；超过发电机内氢压后，再次向发电机内漏水，因此定冷水箱水位又持续下降。

3.2 发电机故障原因分析

抽转子后检查定子端部未见明显松动现象。根据现场线棒损坏情况及掉落的L型压块熔化痕迹，故障分析会专家一致认为，故障点位于发电机励端32号槽上层线棒水电接头处。因水电接头内部松动造成接触电阻增大，使得该处过热、烧熔，产生间隙，引发电弧，造成该水电接头严重烧损。同时，电弧还波及左侧相邻的31号槽上层线棒水电接头，并造成其水嘴损坏。

32号槽水电接头股线松动的原因有2种：

(1) 发电机端部局部振动，造成L型连接件与水盒头部连接的1颗螺栓首先松动；

(2) L型连接件侧边存在原始缺陷，因端部局部振动断裂造成松动。

上述原因均会导致水电接头接触电阻增大，急剧过热，使锡焊熔化开焊，引发电弧烧损故障。在拉弧过程中，产生了B相不稳定接地现象。电弧烧断V1上层分支，使B相电流全部转移至V2分支，定子绕组三相电流不平衡，引起发电机转子振动异常增大，转子轴振保护动作跳机。同时，电弧烧穿水盒，烧断引水管接头，导致发电机机内进水。

3.3 发电机转子振动突增原因分析

根据数据记录，伴随负序电流突变，出现了轴承振动的异常突增，特别是7，8号瓦轴振的Y向振动幅值瞬间超过了400 μm。发电机转子振动超过机组正常运行状态的时间持续了8 s。随着主开关跳闸，发电机解列，2号机组轴系振动恢复正常。

由于发电机定子绕组损坏，导致绝缘被击穿，随之出现定子绕组的匝间短路、负序电流突变、产生轴电压等现象；当定子绕组发生匝间短路时，发电机气隙磁场必然产生畸变，从而导致发电机的电磁转矩发生变化，激起发电机定子及转子的径向振动。此外，负序电流分量产生与转子转向相反、转速为同步转速的旋转磁势，在定、转子之间产生的交变电磁转矩，致使转子所受力矩也是交变的，可导致轴系振动。

对转子而言，负序电流会造成转子表面局部产生高温过热；由于转子各部件的热容量不同，转子受热不均，各部件间会产生温差，引发转子热变形，从而引起轴系振动；但这需要一定的时间。由于轴振振幅突增没有任何延时，具有突发性，从而可以排除转子热变形引起轴系振动这个因素。

4 暴露的问题

(1) 在2012年发电机绝缘受损事故抢修中，由于过分依赖制造厂家，设备管理人员对检修工艺和质量控制不严，部分备件材料重复使用，没有意识到线棒连接股线及水电接头可能存在制造或安装缺陷。而在2013年大修中，没有拆除手包绝缘对连接股线及水电接头进行认真复查和检验，暴露该电厂对发电机检修质量控制不严。

(2) 2号发电机定冷水箱上部漏氢检测装置在整个故障过程中没有正确显示与报警，原因是平时没有定检，也无管理规定；暴露该电厂设备管理上存在重大漏洞。2号发电机定冷水回水漏氢检测装置有1道阀门未开，事故后热控与运行部门在应归谁操作的问题上争论不休，暴露出该电厂设备操作分工不明、责任不清问题。

(3) 负序电流分量未接入故障录波器，也未进入DCS电气主画面显示，影响了工作人员对事故进行分析。说明平时对发电机负序电流的监控管理，没有引起足够的重视。

(4) 事后联合检查发现，对发电机绝缘监测装置的管理混乱，分工不明。装置有缺陷无人处理，长期不能投入，暴露出管理制度不完善。

(5) 保护逻辑不完善，如发电机断水保护未进入电气保护回路。

5 改进措施

(1) 认真总结历次发电机故障处理的经验教训，严格执行《中国大唐集团公司防止发电机损坏事故的指导意见》，加强发电机检修工艺与质量管控，做到“逢停必检”。

(2) 在2号发电机端部加装振动在线监测装置，对发电机端部振动进行实时监控。数据异常变化时应及时通知相关人员检查处理，必要时减负荷或停机检查处理。

(3) 加强对发电机漏氢检测装置的管理工作，对4台机组的漏氢检测装置进行全面检查和标定，合理安排定期维护(主机6个月，外围设备3个月)与校验工作，确保漏氢检测装置测量准确、运行可靠。加强对机组定冷水压力、流量、发电机线圈温度及漏氢量的监测与运行监视。

(4) 在1-4号发变组故障录波器中增加发电机负序电流突变量启动，以便于运行监视。同时，将1-4号机组的发电机负序电流数值显示在DCS系统的励磁系统画面上。

(5) 完善保护逻辑，热工在保留发电机断水保护的同时，将此保护直接传入继电保护屏，实现电气跳闸功能。

6 结束语

通过对2号发电机进水跳闸事故的分析研究，明确了故障的原因，查找出了设备检修、管理上的一系列问题，并制定了改进措施。汽轮发电机是电力生产的重要设备，如何防止发电机发生重大事故，保障发电机组安全稳定运行，是火力发电厂需要常抓不懈的重大任务，故以此文与同行交流，以期促进电力生产安全水平的进一步提高，预防氢冷发电机组发生类似的进水跳闸事故。

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