王梓任，畢 旭

（國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北 唐山 064300）

1 引言

發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，發(fā)生的轉(zhuǎn)子繞組對(duì)地短路現(xiàn)象，通常稱之為轉(zhuǎn)子接地。轉(zhuǎn)子接地是運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)的故障，如果轉(zhuǎn)子電流較大會(huì)導(dǎo)致燒毀轉(zhuǎn)子，甚至還會(huì)造成更嚴(yán)重的后果[2]。轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障給設(shè)備帶來(lái)巨大隱患，本文針對(duì)本次事故原因進(jìn)行全面的排查、分析并進(jìn)行處理。

2 故障發(fā)生

故障前運(yùn)行方式為電氣主接線系統(tǒng)：潘遵I 回線運(yùn)行，潘遵Ⅱ回線經(jīng)母聯(lián)聯(lián)絡(luò)運(yùn)行；四母線帶4 號(hào)主變運(yùn)行，五母線帶2 號(hào)、3 號(hào)主變運(yùn)行。廠用電系統(tǒng)：4 號(hào)主變帶廠用電Ⅱ段，兩段分段運(yùn)行。機(jī)組：2 號(hào)機(jī)組帶-60 MW 負(fù)荷抽水運(yùn)行、4 號(hào)機(jī)組帶-60 MW 負(fù)荷抽水運(yùn)行、3 號(hào)機(jī)組停機(jī)態(tài)。

2020 年10 月11 日22：55，2 號(hào)機(jī)組抽水，帶-60 MW 負(fù)荷抽水運(yùn)行。

2020 年10 月12 日00：46，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)勵(lì)磁系統(tǒng)綜合報(bào)警。 保護(hù)裝置轉(zhuǎn)子接地保護(hù)功能啟動(dòng)，1.52 s 后復(fù)歸。保護(hù)裝置轉(zhuǎn)子接地保護(hù)功能再次啟動(dòng)，二段定值延時(shí)5 s 后動(dòng)作于跳閘，并向監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)和聯(lián)動(dòng)停機(jī)。監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)“2 號(hào)機(jī)組定子或轉(zhuǎn)子接地保護(hù)動(dòng)作”、“2 號(hào)機(jī)變組保護(hù)動(dòng)作總信號(hào)動(dòng)作”、“2 號(hào)機(jī)組保護(hù)裝置動(dòng)作，啟動(dòng)電氣事故停機(jī)流程”。 根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)故障、流程信息及繼電保護(hù)信號(hào)檢查情況分析，可以初步判斷為2 號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)子接地故障，導(dǎo)致2 號(hào)機(jī)組抽水轉(zhuǎn)停機(jī)。

3 問(wèn)題排查

3.1 保護(hù)專業(yè)檢查情況

保護(hù)專業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)查看保護(hù)裝置信息，2 號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)子接地保護(hù)實(shí)時(shí)接地電阻值為0.33 kΩ，拷取保護(hù)裝置動(dòng)作報(bào)告如表1 所示。

表1 保護(hù)裝置動(dòng)作報(bào)告

根據(jù)上述保護(hù)裝置報(bào)告可知，00：46：47 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)第一次啟動(dòng)，1.52 s 后保護(hù)返回，30 s 后（00：47：17）轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)再次啟動(dòng)，5 s 后動(dòng)作于跳機(jī)。

轉(zhuǎn)子接地保護(hù)定值如表2 所示。

表2 保護(hù)定值

保護(hù)專業(yè)人員現(xiàn)場(chǎng)查看故障濾波器波形，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)第一次啟動(dòng)波形如圖1 所示。

在圖1 中看出轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)第一次啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子接地電阻為2.38 k?，約1 s 后轉(zhuǎn)子對(duì)地電阻恢復(fù)（大于300 k? 是表示對(duì)接地阻值良好），保護(hù)返回；錄波圖2 中看出保護(hù)再次啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)電阻為8.5 k?，5 s 內(nèi)接地阻值均達(dá)到跳閘定值后動(dòng)作于跳機(jī)，判斷保護(hù)正確動(dòng)作。

圖2 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)第二次啟動(dòng)波形

3.2 消防系統(tǒng)情況檢查

現(xiàn)場(chǎng)檢查風(fēng)洞外機(jī)組消防系統(tǒng)控制主機(jī)報(bào)警指示燈亮并伴隨有報(bào)警聲，消防控制主機(jī)報(bào)警信息只有煙感報(bào)警，無(wú)溫感報(bào)警，未滿足消防動(dòng)作邏輯，氣體噴灑未動(dòng)作。

3.3 勵(lì)磁系統(tǒng)情況檢查

現(xiàn)場(chǎng)檢查勵(lì)磁調(diào)節(jié)器錄波及信號(hào)動(dòng)作情況如圖3。

圖3 勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)啟動(dòng)波形

由圖3 分析可知，00：46：38 機(jī)組機(jī)端電壓出現(xiàn)下降趨勢(shì)，勵(lì)磁電流由1 500 A 逐漸增加至強(qiáng)勵(lì)電流4 000 A，強(qiáng)勵(lì)時(shí)間持續(xù)10 s，強(qiáng)勵(lì)結(jié)束后，勵(lì)磁電流恢復(fù)至0.9 倍額定勵(lì)磁電流1 738 A，機(jī)端電壓降低為93%額定機(jī)端電壓，于此同時(shí)無(wú)功功率則降低為-25 Mavr，同時(shí)勵(lì)磁系統(tǒng)欠勵(lì)限制動(dòng)作。

由圖4 可知，00：47：22 機(jī)組停機(jī)，停機(jī)前勵(lì)磁電流保持在1 738 A 基本不變，機(jī)端電壓維持在93%左右額定機(jī)端電壓，無(wú)功功率為-45 Mavr左右。

圖4 停機(jī)過(guò)程勵(lì)磁系統(tǒng)波形

3.3 機(jī)組轉(zhuǎn)子檢查情況

（1）為了更為準(zhǔn)確，安全的轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣進(jìn)行測(cè)量。在現(xiàn)場(chǎng)選取絕緣搖表，選取的規(guī)格應(yīng)為500 V[3]，對(duì)地電阻值0 MΩ，確認(rèn)2 號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)子存在對(duì)地絕緣薄弱點(diǎn)，需要進(jìn)行全面檢查。

（2）立即組織人員對(duì)2 號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)子進(jìn)行全面的檢查。

首先，打開(kāi)風(fēng)洞排風(fēng)系統(tǒng)排風(fēng)，現(xiàn)地觀測(cè)風(fēng)洞里溫濕度計(jì)上顯示的數(shù)值溫度為：33℃，濕度為：12%。其次對(duì)2 號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行全面的檢查，檢查發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子38 號(hào)磁極處連接鋼母線有過(guò)熱燒熔痕跡。如圖5所示。

圖5 燒損故障點(diǎn)

同時(shí)拆解鋼母線發(fā)現(xiàn)燒毀嚴(yán)重如圖6 所示。

圖6 拆解后燒損的鋼母線

圖7 鋼母線支撐螺桿燒損情況，綜合上述圖片可以看出固定支撐螺栓、絕緣墊塊、絕緣套管和磁極間連接鋼母線均有不同程度燒損痕跡。檢查中用內(nèi)窺鏡對(duì)2 號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)子其他部位的鋼母線及下層Ω型銅連接板等情況進(jìn)行了檢查和拍照，未發(fā)現(xiàn)異常情況。

圖7 螺桿燒損情況

4 故障原因分析及處理步驟

4.1 故障原因分析

潘家口電廠機(jī)組具有雙轉(zhuǎn)速的特點(diǎn)，轉(zhuǎn)子在設(shè)計(jì)上存在42 極和48 極切換的功能，因此磁極間的聯(lián)絡(luò)較為復(fù)雜，為雙層鋼母線疊壓固定，且鋼母線為裸露形式。由于運(yùn)行中環(huán)形鋼母線受電磁力和離心力作用存在應(yīng)力磨損，安裝中可能會(huì)存在絕緣墊塊受力不均，38 號(hào)磁極處鋼母線固定支撐螺栓絕緣套管運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)（28 年），造成雙層鋼母線之間絕緣套管絕緣降低，上下層鋼母線發(fā)生短路，造成部分磁極被“甩出”工作回路，引起勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作，短路點(diǎn)電流增大，產(chǎn)生高溫，造成鋼母線熔化，鋼母線的熔化物與支撐螺桿連接，從而引起轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作并甩負(fù)荷跳機(jī)[4]。

4.2 處理步驟

拆下38 號(hào)磁極處及其相關(guān)聯(lián)的鋼母線，拆除螺栓與絕緣墊塊進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)螺栓、絕緣墊塊和鋼母線均有不同程度燒損痕跡。

對(duì)拆除部位進(jìn)行打磨處理并擦洗干凈，將鋼母線等熱熔部件殘?jiān)謇砀蓛?。通過(guò)盤車對(duì)轉(zhuǎn)子其他磁極進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。清理完成后對(duì)故障點(diǎn)周邊的37、38、39 號(hào)磁極進(jìn)行直流電阻及絕緣電阻試驗(yàn)，并對(duì)其他磁極進(jìn)行了抽查，數(shù)據(jù)均合格；同時(shí)在機(jī)組滑環(huán)處對(duì)5 個(gè)滑環(huán)分別進(jìn)行了絕緣接地電阻測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)合格。

相關(guān)測(cè)量結(jié)果如下：

更換3根鋼母線、12塊絕緣墊塊、9個(gè)絕緣套管，1 個(gè)Ω 連接板并進(jìn)行轉(zhuǎn)子電氣預(yù)試，1 000 V 搖表測(cè)試轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣為32.9 MΩ，分段測(cè)試阻抗未見(jiàn)異常，轉(zhuǎn)子試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格。

2 號(hào)機(jī)組手動(dòng)升速、自動(dòng)空轉(zhuǎn)、零起升壓、空載等試驗(yàn)，機(jī)組運(yùn)行正常，試驗(yàn)過(guò)程中繼電保護(hù)裝置轉(zhuǎn)子絕緣在線測(cè)值為300 K（裝置顯示最大值，表示絕緣正常）。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次事件的問(wèn)題排查與處理步驟，解決了轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地的故障[5]。在設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后，觀察效果比較理想，希望本文能夠?yàn)槌樾铍娬镜倪\(yùn)行及維護(hù)提供參考。