劉明軍

(哈爾濱電氣集團海洋智能裝備有限公司,哈爾濱150023)

0 引 言

大型汽輪發(fā)電機組是電力系統(tǒng)的核心設備,其運行可靠性對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行、電能質(zhì)量的保障都有著極其重要的作用。作為汽輪發(fā)電機的關鍵部件,定子繞組的主要作用是進行能量的轉(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]。當電廠的一個系統(tǒng)或者幾個系統(tǒng)發(fā)生故障,使得發(fā)電機突然跳閘停機,即跳機。發(fā)電機跳機不僅會對電力系統(tǒng)的安全運行造成影響,同時還會帶來巨額的經(jīng)濟損失。因此,研究發(fā)電機跳機事件的原因和預防措施,對于保障電力系統(tǒng)的安全運行和提高電力系統(tǒng)的可靠性具有重要意義。該文結合某電廠發(fā)電機定子繞組接地跳機事件,通過開展現(xiàn)場檢查、現(xiàn)場試驗以及對分布式控制系統(tǒng) (distributed control system, DCS)歷史數(shù)據(jù)進行分析,探究發(fā)電機跳機的原因,并對類似事件提出預防措施[2-5]。

1 事件概況

某電廠1號汽輪發(fā)電機為QFSN3-630-2型水氫冷汽輪發(fā)電機,額定功率為626 MW,該機組于2015年并網(wǎng)發(fā)電。某日,發(fā)電機組出現(xiàn)二次冷卻水斷水情況,在失去外部冷卻條件下,發(fā)電機經(jīng)歷了短時事故運行,待二次冷卻水流量恢復后,發(fā)電機仍繼續(xù)運行,幾日后,發(fā)生發(fā)電機定子繞組接地跳機事件。

2 檢查情況

2.1 定子繞組情況

拆除1號汽輪發(fā)電機定子中性點與引出線軟連接后，做定子繞組三相直流電阻試驗，試驗結果為RU=0.784 9 mΩ，RV=1.513 0 mΩ，RW=0.786 3 mΩ(室溫：26.5 ℃，濕度61%)；在拆除導風環(huán)前，發(fā)現(xiàn)導風環(huán)內(nèi)側筋板處有金屬混合物殘渣，如圖1所示。

圖1 導風環(huán)上金屬混合物殘渣

現(xiàn)場發(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點鐘方向26號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)場拆除破損線棒鼻端絕緣后,發(fā)現(xiàn)26號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,26號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)場檢查發(fā)電機汽端定子26號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,測溫元件完好;除去其表層絕緣,絕緣內(nèi)層密實完整、未見碳化痕跡。在拆除絕緣引水管時,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)場拆解定子繞組一次水管路,檢查進水和反沖洗過濾器無異物;檢查汽、勵端匯流管無異物;檢查定子一次水儲水箱,水箱內(nèi)壁光滑,在底部(定子一次水出水口下方)有金屬沉淀殘渣,殘渣中發(fā)現(xiàn)長螺釘,故判斷水箱金屬殘渣為汽端26號槽上層線棒鼻端燒熔物,如圖5所示。

圖5 定子一次水儲水箱檢查

3 事故原因分析

根據(jù)拆解記錄,該事故為汽輪發(fā)電機定子繞組和線棒鼻端發(fā)生燒損,造成機組跳機的一次重大設備事故[7]。結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)場檢查的定子繞組及拆除破損線棒鼻端絕緣結果表明,有油跡進入定子繞組,定子繞組發(fā)生了污染。被污染的定子繞組內(nèi)部會發(fā)生放電現(xiàn)象,破壞絕緣材料的化學鍵造成絕緣材料的表面侵蝕,放電產(chǎn)生的局部過熱進一步加重了定子線棒鼻端絕緣的受損程度,并最終導致線棒鼻端燒損。

3.2 水箱內(nèi)金屬沉淀

現(xiàn)場檢查定子一次水儲水箱底部有金屬沉淀殘渣,殘渣中有長螺釘,判斷水箱金屬殘渣為汽端 26號槽上層線棒鼻端燒熔物。螺釘?shù)拇嬖跁黾咏饘匐x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,進而導致管路堵塞,影響設備穩(wěn)定性。

3.3 機械磨損

現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)導風環(huán)內(nèi)側筋板處有金屬混合物殘渣,同時汽端匯流管的鋼嘴上存在燒損痕跡,內(nèi)壁粗糙,且附著細小金屬顆粒物。結果表明,機械磨損會帶來金屬顆粒的產(chǎn)生和沉積,可能影響設備的正常運行,進而產(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運行記錄顯示,1號發(fā)電機發(fā)生二次冷卻水斷水運行,發(fā)電機定子繞組一次內(nèi)冷水和氫氣冷卻器沒有二次水進行冷卻,因而定子繞組內(nèi)冷水進水和氫氣進風溫度急劇上升,遠高于發(fā)電機額定溫度,見表1。

表1 斷水期間發(fā)電機冷卻介質(zhì)溫度

根據(jù)該發(fā)電機說明書要求,發(fā)電機定子內(nèi)冷水總出水溫度達到85℃時報警,達到90 ℃時發(fā)電機跳機,由表1可知,該發(fā)電機斷水期間定子內(nèi)冷水總出水溫度已達106.32 ℃,遠超跳機限制90 ℃。同時,說明書中規(guī)定了發(fā)電機應設有定子繞組過熱保護,即:當定子繞組任何兩個同層線棒出水溫度的溫差大于 8 ℃時,應當發(fā)出報警信號,當溫差達到12 ℃時應立即將發(fā)電機與電網(wǎng)解列,同時解除發(fā)電機勵磁。如表1所示,事故期間發(fā)電機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14 ℃,超過跳機限值12 ℃,隨后發(fā)電機跳機事件發(fā)生。

4 結 語

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

1)發(fā)電機使用單位應采取定期檢查和維護、加強溫度監(jiān)測和控制、加強水路系統(tǒng)檢查和維護等措施。

2)同類型發(fā)電機發(fā)生短時停機事故后,應盡早進行深度檢查,拒絕發(fā)電機帶病工作,避免更嚴重的事故發(fā)生。