李曉飛，張 羽，李秀杰

(國(guó)電大渡河檢修安裝有限公司，四川 樂(lè)山 614900)

某電站4F機(jī)組發(fā)電機(jī)保護(hù)外部重動(dòng)跳閘(滅磁跳閘聯(lián)跳)動(dòng)作，4F機(jī)組空轉(zhuǎn)運(yùn)行，甩有功504 MW、無(wú)功79 Mvar，AGC、AVC自動(dòng)退出，機(jī)組最大轉(zhuǎn)速158.13 r/min(126%Ne)，電網(wǎng)頻率最低降至49.91 Hz。

故障前全站有功與無(wú)功功率實(shí)發(fā)情況見(jiàn)表1。

表1 故障前有功功率與無(wú)功功率數(shù)據(jù)表

11時(shí)46分04秒923毫秒，發(fā)電機(jī)保護(hù)告警動(dòng)作，11時(shí)46分28秒811毫秒，發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作跳閘，期間間隔時(shí)間約24 s。

1 數(shù)據(jù)記錄分析

1.1 歷史數(shù)據(jù)記錄分析

1)根據(jù)故障錄波數(shù)據(jù)，滅磁開(kāi)關(guān)跳閘前，勵(lì)磁變高壓側(cè)二次電流最大瞬時(shí)值為4.268 A，折算至轉(zhuǎn)子側(cè)直流電流約為33 034 A(額定電流為3 105 A，約為10倍額定勵(lì)磁電流)。

2)根據(jù)故障錄波數(shù)據(jù)，4F機(jī)組轉(zhuǎn)子電流出現(xiàn)異常變化持續(xù)時(shí)間為217.2 ms，且存在一定周期性變化規(guī)律。

3)根據(jù)PMU數(shù)據(jù)記錄，故障時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁電壓在380～480 V之間波動(dòng)，勵(lì)磁電流呈急劇上升趨勢(shì)，因PMU數(shù)據(jù)來(lái)自電流/電壓變送器，受輸出上限限制，最大勵(lì)磁電流顯示為8 000 A。

1.2 勵(lì)磁系統(tǒng)數(shù)據(jù)動(dòng)作情況分析

1)根據(jù)勵(lì)磁系統(tǒng)現(xiàn)地工控機(jī)報(bào)警記錄，故障過(guò)程中報(bào)“轉(zhuǎn)子過(guò)熱報(bào)警104”“勵(lì)磁開(kāi)關(guān)外部跳閘143”信號(hào)。

2)勵(lì)磁系統(tǒng)“轉(zhuǎn)子過(guò)熱報(bào)警”用于監(jiān)視轉(zhuǎn)子溫度，轉(zhuǎn)子溫度由勵(lì)磁電流和勵(lì)磁電壓計(jì)算出的轉(zhuǎn)子電阻推導(dǎo)出來(lái)，當(dāng)轉(zhuǎn)子溫度超過(guò)定值115℃(1009)時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)發(fā)轉(zhuǎn)子過(guò)熱告警信號(hào)，當(dāng)轉(zhuǎn)子溫度超過(guò)定值125℃(1010)時(shí)，勵(lì)磁系統(tǒng)根據(jù)轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)視模式(1001)控制字狀態(tài)，發(fā)轉(zhuǎn)子過(guò)熱跳閘信號(hào)。

該電站轉(zhuǎn)子溫度監(jiān)視模式(1001)投“開(kāi)啟/報(bào)警”狀態(tài)，轉(zhuǎn)子溫度超過(guò)115℃或125℃時(shí)，只發(fā)報(bào)警信號(hào)。經(jīng)廠家軟件模擬仿真計(jì)算，故障時(shí)該電站轉(zhuǎn)子溫度超過(guò)300℃，轉(zhuǎn)子過(guò)熱報(bào)警正常動(dòng)作，因此“轉(zhuǎn)子過(guò)熱報(bào)警”只發(fā)告警信號(hào)，不跳閘。

3)根據(jù)該電站勵(lì)磁系統(tǒng)滅磁開(kāi)關(guān)脫扣定值整定情況，瞬時(shí)脫扣整定定值為18 000 A，故障時(shí)最大勵(lì)磁電流達(dá)33 034 A，超過(guò)滅磁開(kāi)關(guān)脫扣定值，因此滅磁開(kāi)關(guān)正常脫扣分閘，發(fā)送分閘信號(hào)至發(fā)電機(jī)保護(hù)，發(fā)電機(jī)保護(hù)聯(lián)跳機(jī)組出口斷路器，機(jī)組空轉(zhuǎn)運(yùn)行。

1.3 發(fā)電機(jī)保護(hù)動(dòng)作分析

1)發(fā)電機(jī)滅磁開(kāi)關(guān)聯(lián)跳保護(hù)動(dòng)作分析。11時(shí)46分29秒393毫秒，勵(lì)磁系統(tǒng)滅磁開(kāi)關(guān)本體過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)滅磁開(kāi)關(guān)。發(fā)電機(jī)1號(hào)、2號(hào)保護(hù)屏PCS-985GW保護(hù)裝置均收到滅磁開(kāi)關(guān)分閘信號(hào)。結(jié)合發(fā)電機(jī)并網(wǎng)狀態(tài)判據(jù)，保護(hù)裝置滅磁開(kāi)關(guān)聯(lián)跳功能動(dòng)作于跳閘，跳開(kāi)發(fā)電機(jī)出口斷路器，保護(hù)動(dòng)作正確。

2)發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置啟動(dòng)分析。11時(shí)46分29秒059毫秒，發(fā)電機(jī)1號(hào)、2號(hào)保護(hù)屏PCS-985 GW保護(hù)裝置均啟動(dòng)，從錄波文件中分析可見(jiàn)，啟動(dòng)原因?yàn)閯?lì)磁變高壓側(cè)電流突變，在保護(hù)啟動(dòng)216 ms內(nèi)，勵(lì)磁變高壓側(cè)電流二次值由0.25 A逐漸激增至2.13 A，隨即衰減為0。在此期間勵(lì)磁變高壓側(cè)電流二次值已達(dá)到勵(lì)磁變過(guò)流Ⅱ段動(dòng)作定值1.02 A，但持續(xù)時(shí)間未達(dá)到勵(lì)磁變過(guò)流Ⅱ段動(dòng)作延時(shí)(500 ms)，因此勵(lì)磁變過(guò)流Ⅱ段未動(dòng)作。勵(lì)磁變高壓側(cè)電流也已達(dá)到過(guò)流Ⅰ段動(dòng)作定值，但僅持續(xù)15 ms后即衰減為0，因此勵(lì)磁變過(guò)流Ⅰ段也未動(dòng)作。分析簡(jiǎn)表如表2。

表2 PCS-985 GW保護(hù)裝置啟動(dòng)原因分析簡(jiǎn)表

3)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置兩次告警分析。11時(shí)46分05秒401毫秒，發(fā)電機(jī)1號(hào)保護(hù)屏轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置PCS-985RE告警，并發(fā)送報(bào)警信號(hào)上送監(jiān)控。從PCS-985RE保護(hù)裝置錄波文件中分析可見(jiàn)，此時(shí)保護(hù)裝置采集計(jì)算的轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣電阻值為6.79 kΩ，低于轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地靈敏段告警定值20 kΩ，但未達(dá)到轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)跳閘定值5 kΩ，因此保護(hù)裝置僅告警而保護(hù)未啟動(dòng)，持續(xù)3 100 ms后轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置告警復(fù)歸。

11時(shí)46分25秒366毫秒，發(fā)電機(jī)1號(hào)保護(hù)屏轉(zhuǎn)子接地保護(hù)裝置PCS-985RE啟動(dòng)，并發(fā)送報(bào)警信號(hào)上送監(jiān)控。從PCS-985RE保護(hù)裝置錄波文件中分析可見(jiàn)，在啟動(dòng)時(shí)刻，保護(hù)裝置采集計(jì)算的轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣電阻值為4.080 kΩ，已低于轉(zhuǎn)子接地跳閘定值5 kΩ，保護(hù)啟動(dòng)正常。因轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動(dòng)作延時(shí)為5 s，在保護(hù)啟動(dòng)4 519 ms后，滅磁開(kāi)關(guān)本體過(guò)流保護(hù)、發(fā)電機(jī)滅磁開(kāi)關(guān)聯(lián)動(dòng)保護(hù)先后動(dòng)作切除故障，因此轉(zhuǎn)子接地保護(hù)僅啟動(dòng)，未動(dòng)作跳閘。

綜上所述：機(jī)組異常解列原因?yàn)?，機(jī)組轉(zhuǎn)子側(cè)一次設(shè)備異常，導(dǎo)致機(jī)組勵(lì)磁電流瞬時(shí)(216 ms)增加至滅磁開(kāi)關(guān)脫扣定值(因持續(xù)時(shí)間短，未到勵(lì)磁變過(guò)流保護(hù)和轉(zhuǎn)子接地保護(hù)跳閘定值，上述兩種保護(hù)未動(dòng)作)，滅磁開(kāi)關(guān)脫扣跳閘，發(fā)電機(jī)保護(hù)聯(lián)跳發(fā)電機(jī)出口斷路器，機(jī)組空轉(zhuǎn)運(yùn)行。

2 一次設(shè)備檢查情況

2.1 現(xiàn)場(chǎng)檢查

設(shè)備故障后對(duì)4F機(jī)組定轉(zhuǎn)子等一次設(shè)備進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)4F轉(zhuǎn)子勵(lì)磁下滑環(huán)(負(fù)極)引下線L型連接板燒損、下滑環(huán)下平面與L型板連接處燒蝕、下滑環(huán)部分支撐絕緣套表面被電弧燒損致表面碳化、下滑環(huán)近處的部分碳刷燒損，見(jiàn)圖1～圖5。吊開(kāi)機(jī)組大軸中心閥，檢查上滑環(huán)與L型連板連接處螺栓，發(fā)現(xiàn)其鎖片未鎖固到位。

圖1 轉(zhuǎn)子滑環(huán)、碳刷、防護(hù)罩燒損圖

圖2 風(fēng)罩內(nèi)下滑環(huán)支撐絕緣套管燒損圖

圖3 下滑環(huán)與引下線連接銅排處燒損圖

圖4 轉(zhuǎn)子下滑環(huán)至轉(zhuǎn)子中心體連接銅排熔斷圖

圖5 碳刷刷握有熔化物圖

2.2 絕緣測(cè)試

1)測(cè)機(jī)組定子絕緣R15=97 MΩ，R60=280 MΩ，定子絕緣正常。

2)在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架處斷開(kāi)滑環(huán)至轉(zhuǎn)子磁極連接銅排，測(cè)轉(zhuǎn)子本體對(duì)地絕緣為251 MΩ，判定轉(zhuǎn)子磁極及相關(guān)連線正常。測(cè)上滑環(huán)(正極)對(duì)地絕緣為零。

3 故障原因分析

聯(lián)系制造廠技術(shù)人員趕赴現(xiàn)場(chǎng)查勘，檢查4F轉(zhuǎn)子勵(lì)磁下滑環(huán)(負(fù)極)與引下線L型銅排的四顆固定螺栓中靠大軸側(cè)的2顆螺栓孔完好且清潔，靠碳刷側(cè)的2顆螺栓孔已完全融化，經(jīng)初步分析判斷此次燒損故障原因?yàn)檗D(zhuǎn)子勵(lì)磁下滑環(huán)(負(fù)極)引下線L型連接板燒損是本次故障的直接原因。放電燃燒產(chǎn)生的巨大熱量及能量不僅燒損下滑環(huán)(負(fù)極)引下線L型連接板、燒蝕下滑環(huán)下平面與L型板連接處，同時(shí)引起了下滑環(huán)部分支撐絕緣套表面被電弧燒損致表面碳化、下滑環(huán)近處的部分碳刷燒損。

具體原因分析：結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢查情況分析，主要原因可能為施工單位安裝工藝不到位。在故障查找時(shí)，檢查發(fā)現(xiàn)存在上滑環(huán)與L型連板鎖片未鎖緊到位，考慮到下環(huán)滑與L型連板連接時(shí)施工難度更大，鎖片同樣未鎖緊的可能性非常大，機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間振動(dòng)運(yùn)行該部位連接螺栓會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)。而廠家設(shè)計(jì)導(dǎo)致滑環(huán)至引線連接部位常規(guī)檢修不易檢查也是其中原因之一，因?yàn)?F機(jī)組上滑環(huán)與L型連板處需吊開(kāi)大軸中心閥才能檢查，常規(guī)檢修時(shí)不具備檢查條件;而下滑環(huán)與L型連板處位置低矮，又有支撐件等遮蔽，難以檢查。這也導(dǎo)致此隱患沒(méi)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)及消除。

因此，機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，該位置連接螺桿松動(dòng)，導(dǎo)致接觸電阻增大，運(yùn)行過(guò)程中持續(xù)發(fā)熱，最終導(dǎo)致4F轉(zhuǎn)子勵(lì)磁下滑環(huán)(負(fù)極)引下線L型連接板燒損、下滑環(huán)下平面與L型板連接處燒蝕；并引起轉(zhuǎn)子正負(fù)極直接接地，使勵(lì)磁電流急劇增大，最終引起滅磁開(kāi)關(guān)動(dòng)作跳閘(見(jiàn)圖6)。

圖6 下滑環(huán)與引下線L型銅排固定螺栓燒損情況圖

4 故障處理

為確保該電站4F機(jī)組能盡快投入運(yùn)行，公司與制造廠制定了臨時(shí)的處理措施。因原轉(zhuǎn)子引線與發(fā)電機(jī)下滑環(huán)連接位置已燒損，因此將連接部位挪移一段距離。主要處理過(guò)程如下：

1)全部拆除發(fā)電機(jī)風(fēng)罩及大軸中心閥后，對(duì)轉(zhuǎn)子滑環(huán)、碳刷、連接銅排等部位進(jìn)行詳細(xì)檢查，并對(duì)風(fēng)罩內(nèi)部滑環(huán)、刷架等進(jìn)行了清潔處理，對(duì)絕緣支撐件表面進(jìn)行了打磨處理后涂刷188絕緣漆，確?；h(huán)和刷架絕緣水平恢復(fù)正常水平。

2)拆除受損滑環(huán)外送修復(fù)處理，對(duì)下滑環(huán)燒蝕部位進(jìn)行了處理，并在其附近重新開(kāi)孔。對(duì)整個(gè)滑環(huán)面進(jìn)行了研磨處理，確保其光潔度。

3)拆除燒損的L型銅排，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)連接尺寸情況，重新配制了L型銅排及其至引下線銅排，完成連接后，對(duì)接頭部位進(jìn)行了絕緣防護(hù)處理(各連接部位均進(jìn)行了燙錫處理，連接螺栓緊固到位，并涂抹了螺栓緊固劑)。

4)對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子支架處斷開(kāi)滑環(huán)至轉(zhuǎn)子磁極連接銅排恢復(fù)連接，并重新進(jìn)行了絕緣處理。

5)對(duì)發(fā)電機(jī)滑環(huán)、大軸中心閥及風(fēng)罩完成回裝。對(duì)下滑環(huán)碳刷全部完成更換，并更換了受損的刷握，上環(huán)滑更換了尺寸較短的碳刷。

6)處理后對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行絕緣電阻、交流阻抗及整體耐壓試驗(yàn)，各項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)均滿足要求。

5 后續(xù)計(jì)劃

1)因4F機(jī)組轉(zhuǎn)子引線與滑環(huán)連接部位燒損較嚴(yán)重，需對(duì)滑環(huán)進(jìn)行整體更換。

2)對(duì)碳刷架進(jìn)行改造，采用最新型可以監(jiān)測(cè)碳刷溫度及電流的產(chǎn)品。

3)在檢修期間，加強(qiáng)對(duì)大電流接頭的檢查，同時(shí)豐富檢測(cè)手段。主要是，盡量對(duì)裸露接頭測(cè)接觸電阻及通過(guò)塞尺檢查接觸情況。