水轮发电机励磁变保护动作原因分析及处理

李军伟，侯 赛，王 靓，刘 琨

（汉江集团丹江口水力发电厂，湖北 丹江口 442700）

水轮发电机励磁变保护动作原因分析及处理

李军伟，侯 赛，王 靓，刘 琨

（汉江集团丹江口水力发电厂，湖北 丹江口 442700）

介绍了一台单机容量为80 MW的水轮发电机励磁变保护动作时的现象，通过对现场的检查，分析出故障发生的原因是碳刷烧损短路，针对存在的问题提出了处理方法，最后提出了具体的防范措施。

水轮发电机；碳刷短路；励磁变保护；故障分析

0　概述

某发电公司有4台单机容量为80 MW的水轮发电机组。G1号发电机运行在110 kV母线，G2号发电机原运行在110 kV母线，G3，G4号发电机励磁变保护动作，分别运行在220 kV 1号母线和2号母线。G4号发电机励磁变保护动作故障发生前220 kV母线电压为228.8 kV，系统频率为50.02 Hz。其中G2号发电机大修，其他3台机组满负荷运行。全厂有功功率为240 MW，无功功率为100 Mvar。

1　故障发生时的现象

2013-08-22T06：26，监控语音报：“G4号发电机励磁变保护动作”，“G4号发电机励磁消失”，“G4号发电机励磁消失A柜动作”。计算机监控PQ显示G4（P，Q）为0。

故障信号栏显示：G4号发电机励磁过压保护动作、保护停机方式1（跳发变组开关、灭磁开关、机组自用变低压开关）。监控系统设备状态变化栏显示：G4号发变组开关2204跳闸，灭磁开关跳闸。

G4号发电机跳闸后，220 kV母线电压由228.8 kV下降至224 kV，系统频率从50.02 Hz下降至49.94 Hz。

2　现场检查

G4号发电机励磁变保护动作后，运行人员、检修人员迅速到现场检查。检查情况如下：

（1） G4号发电机出口开关2204开关跳闸；

（2） G4号发电机已处于空转状态，调速器动作正常；

（3） G4号发电机励磁变保护装置显示“励磁变速断”保护动作；

（4） G4号发电机励磁变外观检查未发现异常；

（5） 励磁变温度：A相65 ℃，B相40 ℃，C相40 ℃；

（6） 现场调出G4号发电机励磁变电流速断保护动作记录：A相电流28.85 A，B相电流33.5 A，C相电流32.85 A。三相电流值均大于励磁变电流速断保护定值7.33 A。

3　原因分析

G4号发电机转检修进行停机检查。测励磁变低压侧绝缘：A相50 MΩ，B相100 MΩ，C相100 MΩ。测G4号发电机定子绝缘吸收比40/5，转子回路绝缘220 MΩ。G4号发电机定子绝缘、转子回路绝缘均在正常范围内，排除了机组内部故障跳闸的可能性。

检查G4号发电机转子回路集电环、碳刷时，发现发电机+X方向2个碳刷卡死，+Y方向1个碳刷卡死，-X方向1只刷握熔毁。+X，-Y之间有8只刷握熔毁，滑环上环表面轻度烧蚀。

经分析，认为造成碳刷短路的原因是：正在大修的G2号发电机打磨修型金属件时产生的过多金属粉尘进入碳刷；G2号发电机检修时将上机架叠放在G4号发电机上，使G4号发电机维护不便；天气炎热等。

为了排除G4号发电机保护装置误动的可能性，技术人员对该机组保护装置采样系统进行了严格的检查，模拟短路电流达20 A，装置采样准确；对电流互感器进行导通试验，回路完好。从而判定G4号发电机是由于碳刷短路，产生较大的故障电流，使G4号机组励磁变保护电流速断动作跳闸。

4　故障处理

4.1滑环刷架处理

（1） 吊起G2号发电机上机架。清理G4号发电机滑环刷架，拆滑环引线，励磁引线。打磨G4号发电机滑环刷架接触面，对滑环表面进行清扫，清理丝扣，并更换11只烧毁的碳刷。

（2） 刷架装配完成后，测量、调整刷握至滑环的间隙，将间隙在2.5-3.5 mm的刷握调整至4.5 mm；将间隙大于8 mm的刷握调整至4.5 mm，即调整全部碳刷刷握与滑环间隙4.5 mm。

（3） 接励磁引线，更换碳刷，调整碳刷压簧压力至0.02 MPa，并对刷架周边进行了清理。

4.2绝缘测试

（1） 对G4号发电机转子滑环、转子刷架绝缘进行检查、试验，试验合格。

（2） 对G4号发电机转子直流电阻、交流阻抗、绝缘电阻进行检查、试验，试验合格。

（3） 对励磁变进行了直流电阻、绝缘电阻检查、试验，试验合格。

4.3开机试验

将G4号发电机开机空转，对发电机刷握、碳刷、滑环进行打磨擦拭检查，未发现异常。开机测量励磁电流、电压等试验数据正常，检查刷握、滑环、碳刷等设备运行正常无卡碰。

对G4号发电机进行手动零起升压试验，逐步将机组电压升至额定值。检查机组各参数正常。随后G4号发电机并网恢复正常运行。

5　防范措施

此次G4号发电机励磁变保护动作是由转子回路碳刷烧损短路引起的，应从中吸取教训：任何情况下运维工作都不能有死角，应及时发现可能引起故障的缺陷、隐患并及时处理，将事故消除在萌芽状态。采取的具体措施如下。

（1） 发电机组检修打磨金属构件时要采取防粉尘措施，以减少粉尘对运行机组的影响。如增加厂房顶通风机开启台数、工作现场设置除尘设备等。

（2） 检修机组的上机架放置在其他运行机组上方时，机架与机组间要留有足够的空间，以便于运行值班人员对运行机组进行检查维护。

（3） 巡检人员要严格执行巡回检查制度，遵循“六到一不漏”原则，即“走到、看到、摸到、闻到、听到、分析到、巡检不漏项”。

（4） 运行值班人员要严格执行《设备定期工作》管理规定，对运行机组滑环进行清扫。

（5） 加装机组故障录波装置，以便于二次保护设备动作后的分析。

（6） 在中控室安装PMU人机界面终端，以便快速提取PMU数据，分析判断事故原因。

2016-02-20。

李军伟（1967-），男，高级技师，主要从事水电厂运行管理工作，email：ljw 2136@163.com。

侯 赛（1987-），男，工程师，主要从事水电厂运行管理工作。

王 靓（1980-），女，助理工程师，主要从事水电厂运行管理工作。

刘 琨（1971-），男，技师，主要从事水电厂高压检修工作。