飞摆过速装置故障导致轴电流保护动作事故分析与处理

张 婷，刘福春，许 准

（国网新源控股有限公司北京十三陵蓄能电厂，北京 102200）

0 引言

发电机在转动过程中，不平衡的磁通交链在转轴上，发电机转轴的两端就会产生感应电势，这个感应电势称为轴电压，在较高的轴电压作用下将会产生较大的轴电流。在绝缘正常情况下轴电流较小，当超过正常值时，轴电流保护能及时发信或停机[1]。轴电流对发电机组具有很大的危害性，若未被及时检测到，可能造成机组主要元件的严重损坏[2-5]。发电机轴电流保护可以有效防止轴电流对轴承及导瓦的破坏。

抽蓄机组在电网中具有削峰填谷、事故备用的作用，具有发电电动机和水泵水轮机2 种工况，且工况转换频繁、转速高、容量大[6]。抽蓄机组由于结构复杂，轴电流保护动作原因较多，事故发生原因排查较为困难。文献[7-9]分析了抽蓄机组可能产生轴电流的回路、原因及轴电流保护配置；文献[10-11]提出了防范轴电流产生的具体措施。以上文献均未提及由于飞摆过速装置导致轴电流保护动作的事故，未将飞摆过速装置故障纳入可能产生轴电流的原因之一。

本文通过分析一起抽蓄机组飞摆过速装置万向轴与过速装置本体连接处锁紧顶丝松动，造成万向轴下沉并与飞摆过速装置底座发生摩擦接地导致轴电流保护动作的事故，重新梳理完善了轴电流保护动作可能的原因，最终确定故障点，并介绍了处理过程。

1 事故过程

某抽蓄电厂1 号机组发电启动过程中，励磁投入之后，转速达到97.4%，转子电流13.52 A，转子电压16.16 V，监控系统出现“SHAFT CURRENT PROT TRIP”，“UNIT TRIP RELAY OPERATE”，“ELECT PROT TRIP I”，“ELECT PROT TRIP II”报警，机组开机失败。

2 事故分析

2.1 原因梳理

可能导致事故发生的原因如下：

（1）保护误动作；

（2）轴瓦进入杂质或绝缘垫片损坏；

（3）各部轴承盖板与主轴之间梳齿密封绝缘损坏或存在杂质；

（4）主轴顶端齿盘测速系统中探头与齿盘接触；

（5）励磁滑环内部碳粉沉积；

（6）摆度探头与主轴接触。

2.2 问题排查

（1）故障发生时况励磁已投入，机组转速达到97.4%，转子电流13.52 A，转子电压16.16 V，查看监控报警信息，在轴电流保护动作之前机组开机流程正常，励磁已正确投入，未见其他异常报警，监控系统报警信息如图1 所示。

1号机组故障录波如图2 所示，19 小时29 分26 秒时有轴电流保护动作信号，并且轴电流值呈明显周期增大趋势。因此，可以断定轴电流保护正确动作。

图1 监控系统报警信息

图2 机组故障录波图

（2）对1号机组开机至发生轴电流保护动作期间振动摆度值进行检查，未见异常，振摆值均正常且与历史幅值吻合，各部油温瓦温平稳无异常升高，结合轴电流波形可以排除导瓦绝缘异常。

（3）对1号机组上导盖板处梳齿密封进行间隙检查，未见异常。

（4）对1号机组一次部分进行检查，未见异常，励磁滑环内碳刷近期清扫更换，排除碳粉沉积可能。

（5）对1号机组测速探头进行检查，固定牢靠，无破损现象。

（6）对摆度探头检查，无松动破损。

完成上述检查之后均未见异常，进行手动开机加励磁试验。当励磁电流升高至20 A时，定子电压1.2 kV，励磁滑环罩内飞摆过速保护装置底座处出现间歇性打火现象。停机后检查飞摆过速装置万向轴与过速装置本体连接处锁紧顶丝松动，如图3所示，造成万向轴下沉并与飞摆过速装置底座发生摩擦接地，如图4所示，轴电流保护动作。

图3 飞摆过速保护装置万向轴与锁紧顶丝

图4 万向轴摩擦后痕迹

2.3 原因分析

缺陷发生的直接原因为飞摆过速装置万向轴与本体连接处锁紧顶丝松动，在机组运行过程中万向轴与金属底座发生摩擦，导致轴电流保护动作，机组发电工况启动不成功。

造成飞摆过速装置万向轴与本体连接处锁紧顶丝松动的原因，一方面是由于1 号机组运行强度高，机组运行中振动大，导致元件松动；另一方面原因是检修工艺不到位，机组检修时未对顶丝进行检查，顶丝紧固时未加锁固胶防止松脱。

3 处理过程

将飞摆过速保护装置从励磁滑环罩内拆除，对飞摆过速装置万向轴与本体连接处锁紧顶丝进行紧固处理，并对飞摆过速保护装置进行手动传动，信号动作正常。手动开机加励磁至额定值，机组运行正常，机组录波中轴电流值无异常，故障消除。

4 结束语

本文分析了一起抽蓄机组因飞摆过速装置故障导致轴电流保护动作的事故，通过分析暴露出对此类设备维护不到位，设备检修工艺不完善等问题。抽蓄机组工况转换频繁，运行强度较大，机械过速保护的可靠动作，对于电厂的安全稳定运行至关重要，更应该加强对此类关键机械部件的检查和维护。发电机结构复杂导致故障定位较难，尤其是瞬时故障，因此需要提高维护人员业务能力。现有飞摆过速装置已运行近20年，金属部件已产生疲劳断裂，为提高保护装置可靠性，应加快智能化改造，减小设备维护量，使机组运行更稳定安全。