靖 君

(廣東大唐國(guó)際潮州發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 潮州 515723)

600?MW超臨界機(jī)組發(fā)電機(jī)跳閘事故分析與處理

靖 君

(廣東大唐國(guó)際潮州發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 潮州 515723)

介紹了一起采用水-氫-氫冷卻方式的600 MW發(fā)電機(jī)進(jìn)水跳閘事故的處理過(guò)程，分析了發(fā)電機(jī)線棒損壞及轉(zhuǎn)子振動(dòng)突變引起機(jī)組跳閘的原因，剖析了發(fā)電機(jī)檢修和設(shè)備管理上存在的問(wèn)題，提出并實(shí)施了一系列改進(jìn)措施，防止同類事故的發(fā)生，確保發(fā)電機(jī)安全可靠運(yùn)行。

匝間短路；接頭漏水；定子線棒；轉(zhuǎn)子振動(dòng)

1 故障經(jīng)過(guò)

2014-08-25T14：18，某發(fā)電廠2號(hào)機(jī)組正常運(yùn)行，有功功率607 MW，無(wú)功功率166 Mvar，機(jī)爐電所有主保護(hù)均正常投入。2號(hào)發(fā)電機(jī)定子線圈溫度、上下層線棒出水溫度、定子鐵芯等各部溫度均正常。汽輪發(fā)電機(jī)組各軸振、瓦振正常。發(fā)電機(jī)定子冷卻水系統(tǒng)、氫氣系統(tǒng)、密封油系統(tǒng)均正常運(yùn)行，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)檢修作業(yè)、無(wú)設(shè)備啟停等運(yùn)行操作。發(fā)變組保護(hù)、發(fā)電機(jī)漏氫檢測(cè)裝置、發(fā)電機(jī)油水探測(cè)裝置均無(wú)任何報(bào)警。

2014-08-25T14：18：56，2號(hào)機(jī)硬光字牌“2號(hào)機(jī)組故障錄波器啟動(dòng)”、“定冷水系統(tǒng)異?！眻?bào)警，軟光字牌“發(fā)電機(jī)氫水差壓低”、“發(fā)電機(jī)定冷水壓差大”報(bào)警，定子冷卻水系統(tǒng)畫(huà)面上“定子線圈水壓差高”、“定子線圈進(jìn)出水流量差高”開(kāi)關(guān)量報(bào)警。

14：18：57，“汽機(jī)振動(dòng)大”報(bào)警，發(fā)電機(jī)兩端軸振7X/7Y，8X/8Y突增變壞點(diǎn)。

14：18：58，汽機(jī)軸振大保護(hù)啟動(dòng)。

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

14：19：01，軸振大保護(hù)動(dòng)作于汽機(jī)跳閘(保護(hù)延時(shí)3 s)，首出“7Y軸振大跳閘”。鍋爐MFT，機(jī)、爐各聯(lián)鎖動(dòng)作正常。機(jī)組跳閘后，氫系統(tǒng)畫(huà)面上有“接線盒底部檢漏計(jì)水位高”、“發(fā)電機(jī)汽端檢漏計(jì)1水位高”報(bào)警；打開(kāi)檢漏計(jì)底部排污門有連續(xù)水流排出，定子冷卻水箱水位持續(xù)下降，初步判斷為發(fā)電機(jī)內(nèi)定子線棒接頭漏水。

14：34：25，停止B定冷水泵運(yùn)行，并進(jìn)行緊急排氫。

15：10：00，機(jī)組轉(zhuǎn)速至0，投入盤車。

2 發(fā)電機(jī)內(nèi)部檢查及故障處理

2.1 發(fā)電機(jī)線棒損壞情況

2014-08-26，工作人員進(jìn)入發(fā)電機(jī)內(nèi)部檢查，發(fā)現(xiàn)勵(lì)側(cè)11，12點(diǎn)鐘位置4個(gè)水電接頭受損。其中上層線棒(31，32槽)2個(gè)水電接頭手包絕緣爆掉，水盒接頭斷掉，下層線棒(15槽)及V1環(huán)形引線2個(gè)水盒被波及，2個(gè)接頭手包絕緣損環(huán)，發(fā)電機(jī)內(nèi)部大量進(jìn)水，油水探測(cè)器報(bào)警。損壞水電接頭部位如圖1所示。

圖1 水電接頭損壞照片

2014-08-31，工作人員對(duì)2號(hào)發(fā)電機(jī)抽轉(zhuǎn)子檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)：定子端部未見(jiàn)明顯松動(dòng)現(xiàn)象，環(huán)形引線部分有少量黃粉，轉(zhuǎn)子勵(lì)側(cè)風(fēng)區(qū)內(nèi)存在銅粉，發(fā)電機(jī)內(nèi)存在油水，32號(hào)槽上層線棒股線L型壓塊螺栓脫落。對(duì)線棒進(jìn)行單獨(dú)交流耐壓試驗(yàn)，25，26，27，28號(hào)槽上層4根線棒絕緣被擊穿、碳化，判定股線匝間短路。由于底層線棒存在熏黑現(xiàn)象，繼續(xù)抬出29，30，31，32號(hào)槽上層線棒后，剩余線棒的直流耐壓試驗(yàn)全部通過(guò)。同時(shí)，轉(zhuǎn)子的各項(xiàng)電氣試驗(yàn)如絕緣電阻、交流阻抗和RSO試驗(yàn)等正常，通風(fēng)試驗(yàn)及密封試驗(yàn)檢查正常。

2.2 發(fā)電機(jī)受損線棒處理

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)故障情況及絕緣試驗(yàn)結(jié)果，更換25-32號(hào)槽上層的8根線棒，并對(duì)所有的線棒進(jìn)行耐壓試驗(yàn)、定子冷卻水流量試驗(yàn)、水壓試驗(yàn)，然后對(duì)水電盒進(jìn)行相控陣和著色探傷檢查。上層線棒入槽后，進(jìn)行耐壓試驗(yàn)、超聲波檢測(cè)、直流電阻測(cè)量和直流大電流溫升紅外檢測(cè)。發(fā)電機(jī)全部回裝后進(jìn)行交、直流耐壓試驗(yàn)。轉(zhuǎn)子進(jìn)行氣密、通風(fēng)試驗(yàn)，絕緣電阻、直流電阻、交流阻抗試驗(yàn)及RSO試驗(yàn)。

2014-09-26T08：00，2號(hào)機(jī)一次并網(wǎng)成功，發(fā)電機(jī)搶修工作順利結(jié)束。

3 機(jī)組跳閘過(guò)程與原因分析

3.1 機(jī)組跳閘過(guò)程分析

14：18：56，勵(lì)磁故障報(bào)警，故障錄波啟動(dòng)，發(fā)電機(jī)絕緣損壞放電。

14：18：57，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)零序電壓開(kāi)始出現(xiàn)突變，由0.55 V突增至1.03 V，持續(xù)165 ms。在該時(shí)間內(nèi)共出現(xiàn)2個(gè)發(fā)電機(jī)定子接地過(guò)程，但發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)零序電壓值未持續(xù)大于5.8 V，時(shí)間也未達(dá)到定值整定的時(shí)間2.3 s，故發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)未動(dòng)作。

14：18：58，負(fù)序電流突升至999 A，發(fā)電機(jī)兩端軸振7X/7Y，8X/8Y開(kāi)始突變，軸振保護(hù)啟動(dòng)。

14：19：00，發(fā)電機(jī)定子冷卻水壓力突升至0.37 MPa報(bào)警變紅，定子冷卻水流量降至90.63 t/h，“定子線圈進(jìn)出水流量低”報(bào)警。

14：19：03，定子線圈進(jìn)水壓力升至0.51 MPa，分析造成定冷水壓力突升的原因是氫氣進(jìn)入定子冷卻水管。

14：19：01，軸振保護(hù)動(dòng)作，ETS動(dòng)作、汽輪機(jī)跳閘、主汽門關(guān)閉。

14：19：02，定冷水箱水位出現(xiàn)突升。

14：19：06，發(fā)電機(jī)程跳逆功率保護(hù)動(dòng)作，發(fā)-變組開(kāi)關(guān)跳閘，發(fā)電機(jī)解列。

14：19：16，定冷水箱水位最高升至632.81 mm后持續(xù)下降，造成定冷水箱水位上升的主要原因?yàn)榘l(fā)電機(jī)內(nèi)氫氣進(jìn)入定子冷卻水管及定冷水箱。當(dāng)定冷水泵出口壓力升高，定子線圈進(jìn)水壓力升至0.51 MPa(滿量程)；超過(guò)發(fā)電機(jī)內(nèi)氫壓后，再次向發(fā)電機(jī)內(nèi)漏水，因此定冷水箱水位又持續(xù)下降。

3.2 發(fā)電機(jī)故障原因分析

抽轉(zhuǎn)子后檢查定子端部未見(jiàn)明顯松動(dòng)現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)線棒損壞情況及掉落的L型壓塊熔化痕跡，故障分析會(huì)專家一致認(rèn)為，故障點(diǎn)位于發(fā)電機(jī)勵(lì)端32號(hào)槽上層線棒水電接頭處。因水電接頭內(nèi)部松動(dòng)造成接觸電阻增大，使得該處過(guò)熱、燒熔，產(chǎn)生間隙，引發(fā)電弧，造成該水電接頭嚴(yán)重?zé)龘p。同時(shí)，電弧還波及左側(cè)相鄰的31號(hào)槽上層線棒水電接頭，并造成其水嘴損壞。

32號(hào)槽水電接頭股線松動(dòng)的原因有2種：

(1) 發(fā)電機(jī)端部局部振動(dòng)，造成L型連接件與水盒頭部連接的1顆螺栓首先松動(dòng)；

(2) L型連接件側(cè)邊存在原始缺陷，因端部局部振動(dòng)斷裂造成松動(dòng)。

上述原因均會(huì)導(dǎo)致水電接頭接觸電阻增大，急劇過(guò)熱，使錫焊熔化開(kāi)焊，引發(fā)電弧燒損故障。在拉弧過(guò)程中，產(chǎn)生了B相不穩(wěn)定接地現(xiàn)象。電弧燒斷V1上層分支，使B相電流全部轉(zhuǎn)移至V2分支，定子繞組三相電流不平衡，引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)異常增大，轉(zhuǎn)子軸振保護(hù)動(dòng)作跳機(jī)。同時(shí)，電弧燒穿水盒，燒斷引水管接頭，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)機(jī)內(nèi)進(jìn)水。

3.3 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)突增原因分析

根據(jù)數(shù)據(jù)記錄，伴隨負(fù)序電流突變，出現(xiàn)了軸承振動(dòng)的異常突增，特別是7，8號(hào)瓦軸振的Y向振動(dòng)幅值瞬間超過(guò)了400 μm。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)超過(guò)機(jī)組正常運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)間持續(xù)了8 s。隨著主開(kāi)關(guān)跳閘，發(fā)電機(jī)解列，2號(hào)機(jī)組軸系振動(dòng)恢復(fù)正常。

由于發(fā)電機(jī)定子繞組損壞，導(dǎo)致絕緣被擊穿，隨之出現(xiàn)定子繞組的匝間短路、負(fù)序電流突變、產(chǎn)生軸電壓等現(xiàn)象；當(dāng)定子繞組發(fā)生匝間短路時(shí)，發(fā)電機(jī)氣隙磁場(chǎng)必然產(chǎn)生畸變，從而導(dǎo)致發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化，激起發(fā)電機(jī)定子及轉(zhuǎn)子的徑向振動(dòng)。此外，負(fù)序電流分量產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向相反、轉(zhuǎn)速為同步轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)，在定、轉(zhuǎn)子之間產(chǎn)生的交變電磁轉(zhuǎn)矩，致使轉(zhuǎn)子所受力矩也是交變的，可導(dǎo)致軸系振動(dòng)。

對(duì)轉(zhuǎn)子而言，負(fù)序電流會(huì)造成轉(zhuǎn)子表面局部產(chǎn)生高溫過(guò)熱；由于轉(zhuǎn)子各部件的熱容量不同，轉(zhuǎn)子受熱不均，各部件間會(huì)產(chǎn)生溫差，引發(fā)轉(zhuǎn)子熱變形，從而引起軸系振動(dòng)；但這需要一定的時(shí)間。由于軸振振幅突增沒(méi)有任何延時(shí)，具有突發(fā)性，從而可以排除轉(zhuǎn)子熱變形引起軸系振動(dòng)這個(gè)因素。

4 暴露的問(wèn)題

(1) 在2012年發(fā)電機(jī)絕緣受損事故搶修中，由于過(guò)分依賴制造廠家，設(shè)備管理人員對(duì)檢修工藝和質(zhì)量控制不嚴(yán)，部分備件材料重復(fù)使用，沒(méi)有意識(shí)到線棒連接股線及水電接頭可能存在制造或安裝缺陷。而在2013年大修中，沒(méi)有拆除手包絕緣對(duì)連接股線及水電接頭進(jìn)行認(rèn)真復(fù)查和檢驗(yàn)，暴露該電廠對(duì)發(fā)電機(jī)檢修質(zhì)量控制不嚴(yán)。

(2) 2號(hào)發(fā)電機(jī)定冷水箱上部漏氫檢測(cè)裝置在整個(gè)故障過(guò)程中沒(méi)有正確顯示與報(bào)警，原因是平時(shí)沒(méi)有定檢，也無(wú)管理規(guī)定；暴露該電廠設(shè)備管理上存在重大漏洞。2號(hào)發(fā)電機(jī)定冷水回水漏氫檢測(cè)裝置有1道閥門未開(kāi)，事故后熱控與運(yùn)行部門在應(yīng)歸誰(shuí)操作的問(wèn)題上爭(zhēng)論不休，暴露出該電廠設(shè)備操作分工不明、責(zé)任不清問(wèn)題。

(3) 負(fù)序電流分量未接入故障錄波器，也未進(jìn)入DCS電氣主畫(huà)面顯示，影響了工作人員對(duì)事故進(jìn)行分析。說(shuō)明平時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)負(fù)序電流的監(jiān)控管理，沒(méi)有引起足夠的重視。

(4) 事后聯(lián)合檢查發(fā)現(xiàn)，對(duì)發(fā)電機(jī)絕緣監(jiān)測(cè)裝置的管理混亂，分工不明。裝置有缺陷無(wú)人處理，長(zhǎng)期不能投入，暴露出管理制度不完善。

(5) 保護(hù)邏輯不完善，如發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)未進(jìn)入電氣保護(hù)回路。

5 改進(jìn)措施

(1) 認(rèn)真總結(jié)歷次發(fā)電機(jī)故障處理的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，嚴(yán)格執(zhí)行《中國(guó)大唐集團(tuán)公司防止發(fā)電機(jī)損壞事故的指導(dǎo)意見(jiàn)》，加強(qiáng)發(fā)電機(jī)檢修工藝與質(zhì)量管控，做到“逢停必檢”。

(2) 在2號(hào)發(fā)電機(jī)端部加裝振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)發(fā)電機(jī)端部振動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。數(shù)據(jù)異常變化時(shí)應(yīng)及時(shí)通知相關(guān)人員檢查處理，必要時(shí)減負(fù)荷或停機(jī)檢查處理。

(3) 加強(qiáng)對(duì)發(fā)電機(jī)漏氫檢測(cè)裝置的管理工作，對(duì)4臺(tái)機(jī)組的漏氫檢測(cè)裝置進(jìn)行全面檢查和標(biāo)定，合理安排定期維護(hù)(主機(jī)6個(gè)月，外圍設(shè)備3個(gè)月)與校驗(yàn)工作，確保漏氫檢測(cè)裝置測(cè)量準(zhǔn)確、運(yùn)行可靠。加強(qiáng)對(duì)機(jī)組定冷水壓力、流量、發(fā)電機(jī)線圈溫度及漏氫量的監(jiān)測(cè)與運(yùn)行監(jiān)視。

(4) 在1-4號(hào)發(fā)變組故障錄波器中增加發(fā)電機(jī)負(fù)序電流突變量啟動(dòng)，以便于運(yùn)行監(jiān)視。同時(shí)，將1-4號(hào)機(jī)組的發(fā)電機(jī)負(fù)序電流數(shù)值顯示在DCS系統(tǒng)的勵(lì)磁系統(tǒng)畫(huà)面上。

(5) 完善保護(hù)邏輯，熱工在保留發(fā)電機(jī)斷水保護(hù)的同時(shí)，將此保護(hù)直接傳入繼電保護(hù)屏，實(shí)現(xiàn)電氣跳閘功能。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)2號(hào)發(fā)電機(jī)進(jìn)水跳閘事故的分析研究，明確了故障的原因，查找出了設(shè)備檢修、管理上的一系列問(wèn)題，并制定了改進(jìn)措施。汽輪發(fā)電機(jī)是電力生產(chǎn)的重要設(shè)備，如何防止發(fā)電機(jī)發(fā)生重大事故，保障發(fā)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，是火力發(fā)電廠需要常抓不懈的重大任務(wù)，故以此文與同行交流，以期促進(jìn)電力生產(chǎn)安全水平的進(jìn)一步提高，預(yù)防氫冷發(fā)電機(jī)組發(fā)生類似的進(jìn)水跳閘事故。

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2015-08-22。

靖 君(1986-），男，工程師，長(zhǎng)期從事大型火力發(fā)電廠集控運(yùn)行生產(chǎn)與管理工作，email：jingjun5520@163.com。