陜西煤業(yè)化工集團(tuán)神木電化發(fā)展有限公司 周東瑜 方新軍 王衛(wèi)東

發(fā)電機(jī)運(yùn)行的安全可靠性是電廠電網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保障，尤其是發(fā)電機(jī)在高負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下發(fā)生定子接地保護(hù)動(dòng)作，會(huì)造成鍋爐和汽輪機(jī)的甩負(fù)荷，嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致廠用電中斷，引發(fā)鍋爐干鍋或其它惡性事故，甚至在發(fā)電機(jī)定子接地時(shí)，若保護(hù)動(dòng)作不及時(shí)可靠將威脅定子鐵芯安全，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)演變成相間或匝間短路故障，造成鐵芯燒損事故。

本文針對(duì)某電廠兩臺(tái)發(fā)電機(jī)相繼發(fā)生定子線圈接地故障，詳細(xì)介紹了故障的現(xiàn)象、原因及處理過程和防范措施，得出了同類型發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中存在的共性問題，同時(shí)在檢修過程中探索到了方法，明確了運(yùn)行過程中的維護(hù)保養(yǎng)，同時(shí)對(duì)后期的安全穩(wěn)定運(yùn)行提出了詳細(xì)的防范措施，制定了定期的檢修和檢查方案，修訂了發(fā)電機(jī)的進(jìn)、出口風(fēng)溫，杜絕該類事故的重復(fù)發(fā)生。

1 故障概況

某電廠公司1號(hào)、2號(hào)發(fā)電機(jī)系中國(guó)長(zhǎng)江動(dòng)力集團(tuán)生產(chǎn)的空冷125MW 汽輪發(fā)電機(jī)組，2011年生產(chǎn)、2013年7月相繼投產(chǎn)，年利用小時(shí)約7500小時(shí)，最高運(yùn)行負(fù)荷125MW，2021年6月27日12點(diǎn)46分1號(hào)發(fā)電機(jī)發(fā)生定子接地故障，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)搶修更換故障線棒后于2021年7月14日啟動(dòng)正常，并網(wǎng)運(yùn)行。

發(fā)電機(jī)參數(shù)：型號(hào)QF-125-2，額定勵(lì)磁電流1393A，額定定子電壓13800V，額定功率因數(shù)0.85，額定定子電流6152A，接線法為2-Y，額定頻率50Hz，額定轉(zhuǎn)速3000r/min，絕緣等級(jí)F，使用等級(jí)B，產(chǎn)品編號(hào)F6004K/1，出品日期2011年4月。

1.1 故障前運(yùn)行方式

#1、#2機(jī)組運(yùn)行，#1機(jī)組負(fù)荷85MW,#2機(jī)組負(fù)荷93MW,#1廠高變帶10kVIA、IB 段，#2廠高變帶10kVIIA、IIB 段，啟備變帶10kV 備用段，#2、#3給水泵運(yùn)行（故障前兩天發(fā)電機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行）；故障卡參數(shù)：電壓3U0t=94.5884V,電壓3U0n=52.75V；故障現(xiàn)象：2021年6月27日12點(diǎn)46分，#1發(fā)變組并網(wǎng)開關(guān)跳閘，發(fā)電機(jī)保護(hù)顯示“發(fā)電機(jī)定子接地3UO 動(dòng)作”。

1.2 故障點(diǎn)排查

該發(fā)電機(jī)共有線棒132根，上層66根、下層66根，每項(xiàng)44根；測(cè)絕緣。打開出線，測(cè)量值：A 相16.2 GΩ、B 相0MΩ、C 相2.95GΩ，發(fā)現(xiàn)B 項(xiàng)絕緣不合格，初步判斷B 相有接地現(xiàn)象；打開發(fā)電機(jī)兩側(cè)端蓋，通過肉眼觀察發(fā)現(xiàn)有個(gè)別端部隔木脫落，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的外漆有明顯的磨損；待汽輪機(jī)盤車停運(yùn)后，抽發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，通過發(fā)電機(jī)廠家技術(shù)指導(dǎo)，對(duì)B 項(xiàng)線棒打開繞組連接頭，單根進(jìn)行絕緣排查，當(dāng)排查到上層第42槽線棒時(shí)，絕緣為0MΩ，完全斷開該線棒，其余絕緣正常，最終判斷為該線棒故障；大部分槽楔、端部隔木松動(dòng)，部分線棒有磨損現(xiàn)象。

2 故障處理

受現(xiàn)場(chǎng)線棒備用限制，只能采取現(xiàn)場(chǎng)更換故障線棒的方法進(jìn)行，取出故障線棒，發(fā)現(xiàn)故障線棒一側(cè)絕緣磨損嚴(yán)重，最深處達(dá)2mm。取出故障線棒后，對(duì)B 項(xiàng)線圈做整體絕緣搖測(cè)、直流、交流耐壓試驗(yàn)。因其余線棒存在絕緣磨損現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)沒有多余的備用線棒，經(jīng)與廠家技術(shù)人員充分交流，防止發(fā)生耐壓試驗(yàn)電壓過高擊穿其他線棒，適當(dāng)降低試驗(yàn)參數(shù)，耐壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)：直流耐壓2.0Un=28kV；交流耐壓1.16Un=16kV，耐壓試驗(yàn)合格。

對(duì)更換的線棒在未安裝前做直流、交流耐壓試驗(yàn)，第42槽上層新線棒下入槽中，槽楔打好絕緣試驗(yàn)交直流試驗(yàn)（表1）。試驗(yàn)參數(shù)：直流耐壓2.5Un=34kV；交流耐壓2.0Un=27kV 試驗(yàn)合格；安裝新線棒，安裝到位后做直流、交流耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)：直流耐壓2.0Un=28kV；交流耐壓1.5Un=20kV，試驗(yàn)合格。

表1 絕緣試驗(yàn)交直流試驗(yàn)

將所有線棒焊接好，包好絕緣，用碘鎢燈加熱，溫度控制在65℃左右。烘烤30小時(shí)后做直流、交流耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)：直流耐壓2.0Un=28kV；交流耐壓1.16Un=16kV。試驗(yàn)表明發(fā)電機(jī)直流電阻合格。新線棒焊好、絕緣包好后，絕緣各相試驗(yàn)、交直流耐壓試驗(yàn)（表2）。

表2 絕緣各相試驗(yàn)，交直流耐壓試驗(yàn)

對(duì)所有線棒槽楔進(jìn)行全面檢查，更換波紋彈簧墊條，增加槽楔的預(yù)緊力，對(duì)線棒兩側(cè)存在間隙的增加絕緣槽側(cè)，減少線棒的兩側(cè)間隙；對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行全面檢查及試驗(yàn)各項(xiàng)參數(shù)符合技術(shù)要求；回裝發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，2021年7月14日啟動(dòng)正常，各項(xiàng)參數(shù)均在范圍內(nèi)，為防止新線棒焊口及其它絕緣固化不良，要求發(fā)電機(jī)并網(wǎng)后50MW 負(fù)荷運(yùn)行6小時(shí)，詳細(xì)記錄各項(xiàng)參數(shù)，6小時(shí)后將發(fā)電機(jī)負(fù)荷最高控制在90MW 運(yùn)行一周。

3 故障原因及防范措施

該發(fā)電機(jī)從2013年投產(chǎn)至故障前未進(jìn)行大修，2013年5月因油中雜質(zhì)造成四瓦軸頸受損，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子返廠處理軸頸。2013年8月運(yùn)行過程中發(fā)生發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子匝間短路，返廠處理，期間兩次檢查未發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)定子槽楔、楔塊有松動(dòng)現(xiàn)象，在此期間該發(fā)電機(jī)未抽發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子檢查，槽楔采用帶波紋彈簧墊條的槽楔緊固系統(tǒng)，由于帶波紋彈簧墊條長(zhǎng)時(shí)間壓緊狀態(tài)下工作，造成彈性消失或減弱，導(dǎo)致槽楔松動(dòng)，發(fā)電機(jī)定子線棒在運(yùn)行中承受電磁力和機(jī)械振動(dòng)造成線棒在運(yùn)行過程中發(fā)生振動(dòng)，從而造成絕緣磨損，最終引發(fā)線棒被擊穿。

發(fā)電機(jī)在冬季和夏季或受負(fù)荷調(diào)整，導(dǎo)致線圈溫度變化，造成熱脹冷縮，在此期間線圈的預(yù)緊力發(fā)生變化，而且造成線棒振動(dòng)，久而久之最終造成絕緣被磨損破壞；制造質(zhì)量存在問題，各線棒的絕緣厚度不同，導(dǎo)致線棒在線槽內(nèi)的間隙不同，間隙大的容易產(chǎn)生振動(dòng)，從而引發(fā)線棒與線槽的磨損、導(dǎo)致絕緣受損，最終引發(fā)擊穿。根據(jù)同一地區(qū)相同型號(hào)的六臺(tái)發(fā)電機(jī)發(fā)生相同的故障，為了吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，防止類似事故重復(fù)發(fā)生，可以從以下幾個(gè)方面預(yù)防和治理：

根據(jù)中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL／T838—2003《發(fā)電企業(yè)設(shè)備檢修導(dǎo)則》，國(guó)產(chǎn)汽輪發(fā)電機(jī)組每4～6年必須進(jìn)行一次A 級(jí)大修，嚴(yán)格按照A 級(jí)檢修參考項(xiàng)目表，檢查和清掃鐵芯壓板、繞組端部絕緣并檢查緊固情況，清掃鐵芯、槽楔及通風(fēng)溝處線棒絕緣，必要時(shí)更換少量槽楔，測(cè)量波紋板間隙，對(duì)特殊項(xiàng)目要作為重點(diǎn)，更換磨損的定子線棒或修理線棒絕緣；必要時(shí)重新焊接定子端部繞組接頭，對(duì)所有槽楔或端部隔木進(jìn)行檢查，松動(dòng)部分全部更換，其余更換25%以上。

一臺(tái)發(fā)電機(jī)至少備用20%的線棒，在每次大修或運(yùn)行三年以上有抽發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)會(huì)時(shí)對(duì)線棒槽楔進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)有松動(dòng)的槽楔重點(diǎn)進(jìn)行線棒磨損，當(dāng)磨損大于1mm 以上時(shí)，建議更換新線棒。

嚴(yán)格控制發(fā)電機(jī)進(jìn)油，發(fā)電機(jī)進(jìn)油后會(huì)加劇線棒振動(dòng)，每次檢修對(duì)軸瓦油擋進(jìn)行檢查，必要時(shí)進(jìn)行更換；根據(jù)氣溫變化和發(fā)電機(jī)負(fù)荷，及時(shí)調(diào)整發(fā)電機(jī)進(jìn)、出口風(fēng)溫，盡量控制在進(jìn)風(fēng)30℃、出風(fēng)小于65℃，避免因風(fēng)溫變化導(dǎo)致熱脹冷縮引發(fā)線棒松動(dòng)；對(duì)于大面積線棒有磨損時(shí)，建議利用A 級(jí)大修對(duì)所有線棒進(jìn)行更換，更換下的線棒返回重新做絕緣后備用。