丁 豪，劉惠娟

(1.杭州華電半山發(fā)電有限公司，浙江 杭州 310012；2.華電電力科學(xué)研究所有限公司，湖北 武漢 430063)

0 引言

某電廠的9號(hào)發(fā)電機(jī)為哈電機(jī)公司引進(jìn)GE公司技術(shù)生產(chǎn)制造的全氫冷390H發(fā)電機(jī)，額定功率397.8 MW，額定功率因數(shù)0.85，額定電壓19 kV，額定電流14 221 kA，額定轉(zhuǎn)速3 000 r/min。其定子繞組接線方式為YYY；勵(lì)磁方式靜止勵(lì)磁，冷卻方式為定子鐵心氫內(nèi)冷，定子繞組氫外冷。

1 故障經(jīng)過

1.1 機(jī)組運(yùn)行狀況

該發(fā)電機(jī)2013年12月正式移交試生產(chǎn)，2017年4月進(jìn)行了機(jī)組投產(chǎn)后檢查性大修。2019年2月，機(jī)組安排了季節(jié)性檢查，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行了電氣預(yù)防性試驗(yàn)。

1.2 事故經(jīng)過

2019-06-10T07：59，9號(hào)發(fā)電機(jī)突然跳閘，滅磁開關(guān)跳閘，系統(tǒng)解列聯(lián)跳，MARK IV控制系統(tǒng)報(bào)警發(fā)電機(jī)差動(dòng)跳閘、發(fā)電機(jī)定子接地跳閘；至機(jī)組電子室，發(fā)電機(jī)保護(hù)屏上顯示發(fā)電機(jī)比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作、差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)作。

現(xiàn)場(chǎng)通過窺視窗目視檢查9號(hào)發(fā)電機(jī)出線罩、出線壓變、中性點(diǎn)變壓器室、發(fā)電機(jī)開關(guān)等發(fā)電機(jī)本體相關(guān)設(shè)備，均未發(fā)現(xiàn)明顯短路跡象，因此需要進(jìn)一步檢查分析。

2 檢查及修前試驗(yàn)

2.1 保護(hù)屏和故障錄波器檢查

發(fā)電機(jī)保護(hù)為南瑞繼保PCS-985B，查看故障錄波器記錄的故障曲線。

2.2 測(cè)溫元件

事故過程中，故障發(fā)生時(shí)發(fā)電機(jī)DT-GS-8測(cè)溫元件發(fā)生壞點(diǎn)，對(duì)應(yīng)為26號(hào)槽線圈溫度。

2.3 故障量分析

故障時(shí)，機(jī)端A相電流為38.03 kA，機(jī)端B相電流為49.93 kA，中性點(diǎn)A相電流為84.6 kA，中性點(diǎn)B相電流為73.67 kA；保護(hù)裝置錄波顯示情況：機(jī)端零序電壓15.13 kV，中性點(diǎn)零序電壓為4.06 kV，故障A相、B相差動(dòng)電流為8倍額定電流(122.3 kA)，故障跳閘時(shí)間為68 ms左右。

PCS-985B兩套保護(hù)裝置報(bào)告：8 ms比率差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作、8 ms跳閘出口動(dòng)作、11 ms差動(dòng)速斷保護(hù)動(dòng)作、20 ms發(fā)電機(jī)工頻變化量差動(dòng)動(dòng)作，77 ms勵(lì)磁系統(tǒng)故障聯(lián)跳跳閘、1 006 ms定子零序電壓保護(hù)動(dòng)作，9 036 ms控制系統(tǒng)解列聯(lián)跳跳閘。通過故障錄波初步判斷為發(fā)電機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)AB兩相短路。

2.4 試驗(yàn)檢查

檢修人員拆除發(fā)電機(jī)出線罩和中性點(diǎn)的連接排，對(duì)發(fā)電機(jī)本體進(jìn)行分相絕緣和直流電阻試驗(yàn)，數(shù)據(jù)見表1，2，3。

表1 發(fā)電機(jī)直流電阻

表2 發(fā)電機(jī)本體側(cè)絕緣電阻及吸收比

直阻和絕緣試驗(yàn)數(shù)據(jù)符合A，B相間短路的故障特征，對(duì)地絕緣為高阻接地(大于100 Ω)，符合相間短路發(fā)展至兩相接地的故障特征。

表3 發(fā)電機(jī)出線側(cè)絕緣電阻及吸收比

2.5 解體檢查

6月21日，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子抽出后發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)勵(lì)端有明顯的故障點(diǎn)，具體在勵(lì)端9點(diǎn)鐘處線棒出槽口轉(zhuǎn)角位置，故障中心最嚴(yán)重區(qū)域?yàn)?4～26號(hào)槽線棒出槽口轉(zhuǎn)角位置，其中24號(hào)槽上層線棒、25號(hào)槽上下層線棒和26號(hào)槽下層線棒嚴(yán)重?zé)龤?，并波及到相鄰線棒。目視檢查12根下層線棒和21根上層線棒受不同程度受損。定子繞組端部表面以及邊端鐵心表面均有銅渣。6月30日，在拆除24號(hào)槽上層線棒后，在25號(hào)槽漸開線表面發(fā)現(xiàn)一個(gè)燒熔變形的φ10金屬墊片。

故障區(qū)域定子繞組引線正常，定子邊端鐵心緊度良好，端部波紋板無竄出現(xiàn)象。后續(xù)拆解線棒時(shí)進(jìn)一步檢查，層間墊條、槽底墊條無竄出。發(fā)電機(jī)勵(lì)端其他區(qū)域正常，但表面受碳粉、銅渣等雜物污染。發(fā)電機(jī)汽端正常，無磨損和松動(dòng)現(xiàn)象，但端部波紋板局部有微小移位。

3 原因分析

此次故障區(qū)域在勵(lì)端24～26號(hào)槽上下層線棒出槽口區(qū)域，這塊區(qū)域下層線棒排列較密，有大量固定綁扎物，空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜為極不均勻電場(chǎng)，兩點(diǎn)電位差高且路徑最短，一旦發(fā)生短路，則會(huì)造成嚴(yán)重事故。該位置燒毀最為嚴(yán)重，與現(xiàn)場(chǎng)檢查情況基本相符。勵(lì)端24號(hào)上層線棒為A相分支出線側(cè)第2根線棒，勵(lì)端25號(hào)、26號(hào)上層線棒各為B相分支出線側(cè)第1根線棒、26號(hào)下層線棒為B相分支出線側(cè)第3根線棒。此4根線棒均為高電位。相間短路時(shí)故障相線棒之間的電壓基本上為線電壓19 kV。

此次故障的主要原因是在勵(lì)端24～26號(hào)線棒出槽口處存在一個(gè)φ10鐵制墊片(具體尺寸為內(nèi)徑10.5 mm，外徑20 mm，厚1 mm）。發(fā)電機(jī)運(yùn)行中此墊片受發(fā)電機(jī)勵(lì)端漏磁和風(fēng)速影響在勵(lì)端24～26號(hào)線棒出槽口這個(gè)窄小空間區(qū)域內(nèi)發(fā)熱、振動(dòng)，破壞了24～26號(hào)槽上下層線棒的絕緣，最終造成發(fā)電機(jī)相間短路。

4 暴露的問題

近年來，新投產(chǎn)的發(fā)電機(jī)因制造、安裝問題引起發(fā)電機(jī)異物遺留導(dǎo)致發(fā)電機(jī)定子接地、相間故障屢有發(fā)現(xiàn)。此次故障也暴露出目前缺少技術(shù)手段檢測(cè)發(fā)電機(jī)膛內(nèi)微小金屬遺留物。一旦在發(fā)電機(jī)定子生產(chǎn)、運(yùn)輸、安裝階段在某些隱蔽區(qū)域遺留微小金屬件，很可能會(huì)導(dǎo)致業(yè)主單位無法通過現(xiàn)有電氣試驗(yàn)和目視檢查手段及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

在2017年9號(hào)發(fā)電機(jī)進(jìn)行了檢查性大修，在定子膛內(nèi)發(fā)現(xiàn)一個(gè)M10的螺母，在發(fā)電機(jī)膛內(nèi)運(yùn)行了近4年，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子表面與定子鐵心不同程度磨損。定子鐵心表面磨損較嚴(yán)重?cái)?shù)量約為18處，各個(gè)位置有不同程度發(fā)熱現(xiàn)象。

在此次故障前，發(fā)電機(jī)僅進(jìn)行過一次解體大修。此次發(fā)現(xiàn)的墊片與2017年發(fā)現(xiàn)的M10螺母為配套金具，推斷為發(fā)電機(jī)制造或基建安裝時(shí)的遺留物。

在2017年大修時(shí)，因發(fā)電機(jī)發(fā)現(xiàn)螺母和膛內(nèi)鐵心受損進(jìn)行了發(fā)電機(jī)高磁通鐵心磁化試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)了兩點(diǎn)溫升故障點(diǎn)并進(jìn)行了處理。由于勵(lì)端線棒出槽口漸開線區(qū)域在鐵心試驗(yàn)中的高磁通衰減嚴(yán)重，磁場(chǎng)較弱鐵磁異物不會(huì)產(chǎn)生明顯發(fā)熱。24～26號(hào)槽區(qū)域空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，目視遮擋嚴(yán)重，在發(fā)電機(jī)交流耐壓試驗(yàn)前，利用紫外成像儀進(jìn)行了發(fā)電機(jī)定子起暈試驗(yàn)，在該區(qū)域未發(fā)現(xiàn)光子數(shù)有明顯增加。同時(shí)，一個(gè)厚度僅1 mm的平墊片很難通過目視檢查發(fā)現(xiàn)。因此在大修電氣試驗(yàn)和清理檢修時(shí)均未發(fā)現(xiàn)該墊片。目前也沒有相應(yīng)電氣試驗(yàn)可以在該位置發(fā)現(xiàn)類似尺寸的微小金屬異物。

5 處理及防范措施

5.1 處理方案

(1) 目前發(fā)電機(jī)定子勵(lì)端故障經(jīng)目視檢查發(fā)現(xiàn)，故障已造成12根下層線棒和21根上層線棒受不同程度受損。此次故障是哈電機(jī)國(guó)產(chǎn)化線棒后第一臺(tái)發(fā)生相間故障的390H發(fā)電機(jī)，為了保證修復(fù)質(zhì)量和日后的安全運(yùn)行。經(jīng)專家評(píng)審后確定將發(fā)電機(jī)上、下層共計(jì)144根線棒整體抬出。對(duì)受損的線棒進(jìn)行全部更換，對(duì)其他線棒進(jìn)行返廠重做絕緣。待新線棒和修復(fù)后線棒返回到現(xiàn)場(chǎng)后，進(jìn)行發(fā)電機(jī)下線、打定子槽楔等發(fā)電機(jī)線棒回裝工作，恢復(fù)上下層線棒連接線重裝絕緣盒。發(fā)電機(jī)線棒安裝過程中的耐壓試驗(yàn)按制造廠檢修過程的耐壓值標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。整體裝配后按JB/T 6204—2002《高壓交流電機(jī)定子線圈及繞組絕緣耐電壓試驗(yàn)規(guī)范》的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。

(2) 對(duì)轉(zhuǎn)子端部進(jìn)行清理和竄位處理。在現(xiàn)場(chǎng)拔護(hù)環(huán)對(duì)轉(zhuǎn)子端部進(jìn)行清理，并對(duì)轉(zhuǎn)子匝間絕緣和金屬?gòu)椈砂甯Z位進(jìn)行處理。

(3) 對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)端整體固定環(huán)等進(jìn)行緊固。

(4) 對(duì)密封瓦及其相關(guān)緊固件進(jìn)行更換處理。

5.2 防范措施

(1) 檢修過程中除仔細(xì)清理定子膛內(nèi)外，打開底部人孔門進(jìn)行定子鐵心背部檢查等全面排查，同時(shí)增加定子膛內(nèi)窺鏡檢查及磁性材料吸附檢查。

(2) 在檢修過程中加強(qiáng)發(fā)電機(jī)進(jìn)出膛檢修工作制度落實(shí)，對(duì)工具進(jìn)行編號(hào)登記、對(duì)進(jìn)出膛工作人員進(jìn)出前進(jìn)行物品、工具檢查核查等工作，保證檢修過程中不遺留異物在發(fā)電機(jī)內(nèi)部。