孟洲坝发电厂2号发电机多点突发故障检修和分析

郎玉波 林波

摘要：针对孟洲坝发电厂2号水轮发电机组多点突发故障的检修过程，经梳理后进行故障分析，为水轮发电机组类似故障的检修和处理问题提供一定的借鉴经验。

关键词：发电机 滑环 励磁 定子 干粉灭火器

孟洲坝电厂位于广东省韶关市下游12.63km处，是北江干流最上游的一个梯级电厂，流域面积14720km2，占北江流域总面积的31.5%。孟洲坝电厂是集发电、防洪、航运和改善城市景观为一体的综合性低水头大流量发电厂。孟洲坝电厂总装机容量为4.8MW，全部为泡头式发电机组，发电机组为天发厂生产的SFWG13-72/6430机组。

一、发电机组多点突发故障抢修记录

2014年3月26日晚上22点25分，2号机在开机起励过程时突然报差动和过励停机，运行值班人员立即进行例行检查，发现2号机泡头滑环罩底部着火，立刻使用泡头中常备的ABC干粉灭火器灭火成功，2号发电机组退出备用待检查。

2014年3月27日检修进行现场检查，发现3点钟方向正极外环的一个碳刷架压簧插片和负极外环有短路痕迹，同时该碳刷的两条出线中有一条已经烧断（见图1）。更换掉故障 碳刷架和碳刷，将灭火剂粉粒和碳粉清洁掉，对转子滑环对地绝缘进行测量，发现接地电阻为0MΩ。将泡头滑环罩盖拆下，将接线电缆、内环、外环、转子接线板拆离，对各分离部件进行检查。经过检查发现转子接线板绝缘是0.7MΩ（大于等于0.5MΩ即合格）。接线电缆负极接线绝缘层有破损和起泡现象，使用热塑绝缘套管处理后测量绝缘值是1.0MΩ。将内、外环所有支架螺丝的絕缘套管和绝缘垫片拆出检查，对疑是有破损或老化的部分套管进行了更换，其余用电器清洁液（四氯化碳）进行清洗，安装后测量正极内环是1.0MΩ、负极内环是3.0MΩ、正极外环是1.0MΩ、负极外环是0.5MΩ。经过检修处理后各部件已经全部合格，组装后再测绝缘仅有0.3MΩ。再次将各部件分拆，重新检查处理后又组装测量，绝缘为0.4MΩ。用电热风枪对内、外环支架螺丝的螺丝头进行加热除湿，即时测量绝缘升至1.5MΩ、冷却后测量绝缘为0.7MΩ并有上升趋势。至此，转子滑环接地故障检修完成。

3月28日凌晨2点。对2号机组定子吸收比进行测量，发现定子绕组对地电阻为0MΩ。决定将2号机组冷却风机进行循环通风，视通风效果再制定下一步检修计划。3月38日早上对2号机组定子绕组进行测量，绝缘值上升到2MΩ。证明通风有效果，联系26日晚故障停机时报差动，说明定字绕组匝间绝缘有问题。上午机组空转后测量，定子绝缘在1.5MΩ左右。决定采用电流加热法烘潮，下午3点，使用630直流焊机对定字绕组A、B相通电，电流380A。之后每隔4小时对定字绕组绝缘进行一次测量，绝缘值都未超过2MΩ。3月29日凌晨1点，测量绝缘值是1.5MΩ。3月29日早上8点50分，定子绝缘值还是1.5MΩ，之后在2号机定子室加装了6盏碘钨灯以加强烘潮效果，同时检查检查了发电机定子出线接头，未发现问题。每4小时一次的测量仍然是1.5MΩ。3月29日13点，理解开2号机泡头定子绕组中性点铜排上A、B相连接螺丝（见图2），之后测量A、B相绕组对地绝缘值都升至30MΩ以上，C相还是1.5MΩ。因为昨天电流加热法通电一直是A相和B相，C相未经过电流法加热。之后将焊机接线接在B、C相上，通电电流410安。每4小时测量绝缘都未超过2MΩ。23点，将泡头中性点铜排上C相螺丝解开，再单独测量A、B、C相均达到30MΩ以上。将中性点铜排上连接的PT中性点电缆单独测量绝缘也在30MΩ以上。将全部连接电缆重新接回，测量绝缘合格，吸收比在3以上。将中性点铜排用云母带缠绕好之后，上紧固定中性点铜排的压板螺丝后再测量，绝缘值又降到1.5MΩ左右。用于固定中性点铜排的压板由环氧树脂绝缘块加工而成，每块厚度约50mm共5层，中间钻孔用螺栓连接。松开压板螺丝，让中性点铜排离开压板绝缘块后再测量，绝缘和吸收比又恢复正常值。确定是压板绝缘块问题后，将中性点铜排与压板隔开，压板螺栓用云母带缠绕，中性点铜排由发电机中性点连接电缆支撑，2号发电机组定子绝缘故障抢修完成。

2号机准备开机。开机前测量转子绝缘1MΩ以上、定子吸收比5以上。2号机开机后，空转开机2次均因在机组过速保护动作失败。再次开机时，发现调速器柜上机频表在机组转动后一直显示为0Hz，同一时间运行层LCU屏上转速信号器显示正常，当调速器上的机频表有显示时，机频已经超过38Hz并且在飞速上升，调速器接到机频信号太迟，关导叶令还未发出机频已经飙升至56Hz以上，过速保护动作，机组导叶关闭停机。之后采用手动开机，调速器上的机频表一直显示为0，怀疑是机频信号线接触不良，重新紧固各个端子螺丝后故障依旧。之后将机频信号用电缆直接接入调速器柜，机频任然无显示。怀疑调速器柜测频模块出现故障，为确定测频模块的好坏，将其拆下移装在1号机调速器柜，1号机开机后调速器上机频显示正常，测频模块故障嫌疑排除。将故障现象询问调速器厂家，厂家专家答复开机后起励即可解决故障。2号机手动开机后，手动零升起励，起励时发现，连运行层LCU屏上的转速信号器也一起显示为0Hz，检查高压室2号机相关PT柜无异常，再次询问调速器厂家，专家答复是转子失磁引起，对转子进行充磁后故障可以解决。将630直流焊机的正负极出线与2号机励磁灭磁柜上励磁出线正负极连接上，以86A的电流，充磁15分钟。其后重新空转开机，调速器机频显示正常，手动零升起励后逆变灭磁再正常开机，机组顺利并网发电。

二、故障分析

整个2号水轮发电机组故障抢修历时73小时，因故障点的排查、逐步消缺和维修经验缺乏，在检修过程中走了许多弯路，其后，根据故障检修过程出现的现象进行归类分析：

1、滑环罩盖底部着火分析

根据现场痕迹事后分析，应该是碳刷压簧插片卡位处磨损或碳刷架卡位处磨损引起碳刷压簧插片在机组开机转动时松脱并悬挂在碳刷架上，因为滑环正负极外环距离较近，压簧插片与负极外环有接触。起励时，压簧插片引起励磁电流在正、负极滑环外环间短路，短路电流烧熔部分压簧插片，跌落的熔融金属残渣引燃了滑环罩盖底部的碳粉与机组渗油混合物。

2、3月26日晚上22点25分2号机组停机原因分析

根据记录停机时报“2号机发电机差动”、“2号机过励限制动作”、“2号机过励保护动作”共3项报警记录，本人认为停机原因是差动保护动作，过励是故障停机引起。且差动保护动作的原因就是2号发电机组定子绕组受潮。

3、2号发电机转子接地原因分析

在3月26日晚2号机组开机直到差动动作停机过程中没有报过“转子一点接地”，说明当时转子绝缘良好。停机后例行检查时发现转子滑环罩盖底部意外起火，运行人员果断灭火，之后检修更换故障碳刷和碳刷架再测量时转子绝缘为0 MΩ，开罩盖使用各种方法检修以提高转子绝缘，效果不大，最后是用热风枪加热干燥后绝缘才上升。转子接地的根源是本厂泡头常备的干粉式灭火器。本厂常备的ABC干粉灭火器为磷酸二氢铵干粉灭火器。磷酸二氢铵易溶与水，常温下（ 20℃）在水中的溶解度为37.4g，相对密度 1.80，水溶液呈酸性，PH值为4.3。其水溶液中含有钠、铁、钾金属和氯化物、硫酸盐、硝酸盐等导电离子。之前韶关刚好经历了几次回南天天气，泡头内空气湿度较高。灭火之后，细小的磷酸二氢铵粉末依附在泡头部分设备上，这些粉末吸收了空气中的水份之后，形成细微的导电膜。之前的各种检修方法并没有彻底清洁掉设备表层的磷酸二氢铵细微颗粒，直到用热风枪加热后彻底分解破坏掉其形成的导电膜，绝缘值才恢复正常。之后2号发电机中性点铜排的环氧树脂绝缘压板绝缘下降，也是干粉灭火器使用后产生的细微颗粒引起。

三、2号发电机故障抢修的经验教训

1、在测量2号发电机定子吸收比时发现绝缘为0 MΩ，反过来证明差動保护是正常动作，当时定子绕组绝缘确实有问题。接下来制定立即开冷却风机通风排潮方法也很正确，通风之后测量绝缘值为2.0MΩ，也说明定子绕组确实是受潮，通风还是有一定的效果。但接下来应该立即将泡头发电机中性点铜排上3相连线螺丝解除，并分开测量发电机定子3相绕组的绝缘值，以确定3相绕组之间、3相绕组分别对地绝缘是多少，并根据数据制定下一步检修方案可以大幅缩减检修时间。

2、在定子室内安装碘钨灯烤潮并不值得推广，在定子室相对狭小的环境下，潮湿、渗漏油较多的各种情况，一旦发生漏电短路和灯管意外爆裂等故障时极易引发火灾。正确的方法是恢复或改进机组定子室内原有的加热器，使其在需要时能正常投入。

3、开机过程中调速器机频无显示是由于转子失磁造成，为今后故障处理积累了经验。

4、实践证明干粉灭火器不适合成为潮湿环境下的我厂发电机泡头常备灭火器。

广东韶能集团股份有限公司孟洲坝发电厂 广东 韶关 512029