劉明軍

(哈爾濱電氣集團(tuán)海洋智能裝備有限公司,哈爾濱150023)

0 引 言

大型汽輪發(fā)電機(jī)組是電力系統(tǒng)的核心設(shè)備,其運(yùn)行可靠性對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行、電能質(zhì)量的保障都有著極其重要的作用。作為汽輪發(fā)電機(jī)的關(guān)鍵部件,定子繞組的主要作用是進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)換和電能的輸出,它由不同鐵心槽的上下層兩根條形線棒連接而成,其綁扎方式一般采用壓板式固定方式[1]。當(dāng)電廠的一個(gè)系統(tǒng)或者幾個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障,使得發(fā)電機(jī)突然跳閘停機(jī),即跳機(jī)。發(fā)電機(jī)跳機(jī)不僅會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行造成影響,同時(shí)還會(huì)帶來(lái)巨額的經(jīng)濟(jì)損失。因此,研究發(fā)電機(jī)跳機(jī)事件的原因和預(yù)防措施,對(duì)于保障電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行和提高電力系統(tǒng)的可靠性具有重要意義。該文結(jié)合某電廠發(fā)電機(jī)定子繞組接地跳機(jī)事件,通過(guò)開展現(xiàn)場(chǎng)檢查、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)以及對(duì)分布式控制系統(tǒng) (distributed control system, DCS)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,探究發(fā)電機(jī)跳機(jī)的原因,并對(duì)類似事件提出預(yù)防措施[2-5]。

1 事件概況

某電廠1號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)為QFSN3-630-2型水氫冷汽輪發(fā)電機(jī),額定功率為626 MW,該機(jī)組于2015年并網(wǎng)發(fā)電。某日,發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)二次冷卻水?dāng)嗨闆r,在失去外部冷卻條件下,發(fā)電機(jī)經(jīng)歷了短時(shí)事故運(yùn)行,待二次冷卻水流量恢復(fù)后,發(fā)電機(jī)仍繼續(xù)運(yùn)行,幾日后,發(fā)生發(fā)電機(jī)定子繞組接地跳機(jī)事件。

2 檢查情況

2.1 定子繞組情況

拆除1號(hào)汽輪發(fā)電機(jī)定子中性點(diǎn)與引出線軟連接后，做定子繞組三相直流電阻試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果為RU=0.784 9 mΩ，RV=1.513 0 mΩ，RW=0.786 3 mΩ(室溫：26.5 ℃，濕度61%)；在拆除導(dǎo)風(fēng)環(huán)前，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)風(fēng)環(huán)內(nèi)側(cè)筋板處有金屬混合物殘?jiān)?，如圖1所示。

圖1 導(dǎo)風(fēng)環(huán)上金屬混合物殘?jiān)?/p>

現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)定子繞組端部絕緣表面及絕緣引水管均有油跡,汽端2點(diǎn)鐘方向26號(hào)槽處鼻端手包絕緣裂開,裂開處位于連接股線L型塊位置,并可看到L型塊有缺損。發(fā)電機(jī)汽端內(nèi)端蓋有碳黑痕跡,破損線棒鼻端與相鄰鼻端手包絕緣表面均有不同程度的黑色碳化痕跡,如圖2所示。

圖2 定子繞組汽端手包絕緣局部碳化

2.2 定子線棒鼻端情況

現(xiàn)場(chǎng)拆除破損線棒鼻端絕緣后,發(fā)現(xiàn)26號(hào)槽的上層線棒與股線相連的內(nèi)部絕緣已碳化,上層線棒水盒部分熔融,與其相連的L型塊、連接股線、絕緣引水管水接頭等均發(fā)生熔損[6],如圖3所示。同時(shí),26號(hào)槽的下層線棒水盒完好,與其相連的L型塊、連接股線、絕緣引水管水接頭等均完好。

圖3 定子線棒水盒燒損

2.3 絕緣引水管與匯流管情況

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)電機(jī)汽端定子26號(hào)槽上層線棒絕緣引水管與匯流管連接處情況,發(fā)現(xiàn)其外層絕緣表面漆膜完整,漆色正常,測(cè)溫元件完好;除去其表層絕緣,絕緣內(nèi)層密實(shí)完整、未見碳化痕跡。在拆除絕緣引水管時(shí),發(fā)現(xiàn)汽端匯流管的鋼嘴上存在燒損痕跡,鋼嘴缺損最多處約5 mm,鋼嘴內(nèi)壁粗糙,且附著細(xì)小金屬顆粒物,鋼嘴外壁表面光滑,如圖4所示。

圖4 定子繞組水接頭損壞

2.4 水管路情況

現(xiàn)場(chǎng)拆解定子繞組一次水管路,檢查進(jìn)水和反沖洗過(guò)濾器無(wú)異物;檢查汽、勵(lì)端匯流管無(wú)異物;檢查定子一次水儲(chǔ)水箱,水箱內(nèi)壁光滑,在底部(定子一次水出水口下方)有金屬沉淀殘?jiān)?殘?jiān)邪l(fā)現(xiàn)長(zhǎng)螺釘,故判斷水箱金屬殘?jiān)鼮槠?6號(hào)槽上層線棒鼻端燒熔物,如圖5所示。

圖5 定子一次水儲(chǔ)水箱檢查

3 事故原因分析

根據(jù)拆解記錄,該事故為汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組和線棒鼻端發(fā)生燒損,造成機(jī)組跳機(jī)的一次重大設(shè)備事故[7]。結(jié)合定子繞組汽端手包絕緣局部碳化、定子線棒水盒燒損、定子繞組水接頭損壞等現(xiàn)象,分析造成事故的原因。

3.1 定子繞組污染和絕緣受損

現(xiàn)場(chǎng)檢查的定子繞組及拆除破損線棒鼻端絕緣結(jié)果表明,有油跡進(jìn)入定子繞組,定子繞組發(fā)生了污染。被污染的定子繞組內(nèi)部會(huì)發(fā)生放電現(xiàn)象,破壞絕緣材料的化學(xué)鍵造成絕緣材料的表面侵蝕,放電產(chǎn)生的局部過(guò)熱進(jìn)一步加重了定子線棒鼻端絕緣的受損程度,并最終導(dǎo)致線棒鼻端燒損。

3.2 水箱內(nèi)金屬沉淀

現(xiàn)場(chǎng)檢查定子一次水儲(chǔ)水箱底部有金屬沉淀殘?jiān)?殘?jiān)杏虚L(zhǎng)螺釘,判斷水箱金屬殘?jiān)鼮槠?26號(hào)槽上層線棒鼻端燒熔物。螺釘?shù)拇嬖跁?huì)增加金屬離子的濃度,從而影響水箱內(nèi)水質(zhì),可能促使水垢形成和增加金屬離子濃度,進(jìn)而導(dǎo)致管路堵塞,影響設(shè)備穩(wěn)定性。

3.3 機(jī)械磨損

現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)風(fēng)環(huán)內(nèi)側(cè)筋板處有金屬混合物殘?jiān)?同時(shí)汽端匯流管的鋼嘴上存在燒損痕跡,內(nèi)壁粗糙,且附著細(xì)小金屬顆粒物。結(jié)果表明,機(jī)械磨損會(huì)帶來(lái)金屬顆粒的產(chǎn)生和沉積,可能影響設(shè)備的正常運(yùn)行,進(jìn)而產(chǎn)生故障。

3.4 分布式控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)電廠DCS運(yùn)行記錄顯示,1號(hào)發(fā)電機(jī)發(fā)生二次冷卻水?dāng)嗨\(yùn)行,發(fā)電機(jī)定子繞組一次內(nèi)冷水和氫氣冷卻器沒有二次水進(jìn)行冷卻,因而定子繞組內(nèi)冷水進(jìn)水和氫氣進(jìn)風(fēng)溫度急劇上升,遠(yuǎn)高于發(fā)電機(jī)額定溫度,見表1。

表1 斷水期間發(fā)電機(jī)冷卻介質(zhì)溫度

根據(jù)該發(fā)電機(jī)說(shuō)明書要求,發(fā)電機(jī)定子內(nèi)冷水總出水溫度達(dá)到85℃時(shí)報(bào)警,達(dá)到90 ℃時(shí)發(fā)電機(jī)跳機(jī),由表1可知,該發(fā)電機(jī)斷水期間定子內(nèi)冷水總出水溫度已達(dá)106.32 ℃,遠(yuǎn)超跳機(jī)限制90 ℃。同時(shí),說(shuō)明書中規(guī)定了發(fā)電機(jī)應(yīng)設(shè)有定子繞組過(guò)熱保護(hù),即:當(dāng)定子繞組任何兩個(gè)同層線棒出水溫度的溫差大于 8 ℃時(shí),應(yīng)當(dāng)發(fā)出報(bào)警信號(hào),當(dāng)溫差達(dá)到12 ℃時(shí)應(yīng)立即將發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)解列,同時(shí)解除發(fā)電機(jī)勵(lì)磁。如表1所示,事故期間發(fā)電機(jī)線上層線棒出水溫度為93～107 ℃,下層線棒出水溫度為92～106 ℃,同層差值已達(dá)14 ℃,超過(guò)跳機(jī)限值12 ℃,隨后發(fā)電機(jī)跳機(jī)事件發(fā)生。

4 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述,定子繞組被污染引發(fā)局部放電導(dǎo)致的定子線棒鼻端絕緣燒損、水箱內(nèi)金屬沉淀以及機(jī)械磨損等因素導(dǎo)致的上層線棒短時(shí)磨損都可能引發(fā)此次發(fā)電機(jī)定子繞組接地跳機(jī)事件。為預(yù)防類似事故的發(fā)生,提出下列建議:

1)發(fā)電機(jī)使用單位應(yīng)采取定期檢查和維護(hù)、加強(qiáng)溫度監(jiān)測(cè)和控制、加強(qiáng)水路系統(tǒng)檢查和維護(hù)等措施。

2)同類型發(fā)電機(jī)發(fā)生短時(shí)停機(jī)事故后,應(yīng)盡早進(jìn)行深度檢查,拒絕發(fā)電機(jī)帶病工作,避免更嚴(yán)重的事故發(fā)生。