600?MW超臨界機組發電機跳閘事故分析與處理

靖 君

(廣東大唐國際潮州發電有限責任公司，廣東 潮州 515723)

600?MW超臨界機組發電機跳閘事故分析與處理

靖 君

(廣東大唐國際潮州發電有限責任公司，廣東 潮州 515723)

介紹了一起采用水-氫-氫冷卻方式的600 MW發電機進水跳閘事故的處理過程，分析了發電機線棒損壞及轉子振動突變引起機組跳閘的原因，剖析了發電機檢修和設備管理上存在的問題，提出并實施了一系列改進措施，防止同類事故的發生，確保發電機安全可靠運行。

匝間短路；接頭漏水；定子線棒；轉子振動

1 故障經過

2014-08-25T14：18，某發電廠2號機組正常運行，有功功率607 MW，無功功率166 Mvar，機爐電所有主保護均正常投入。2號發電機定子線圈溫度、上下層線棒出水溫度、定子鐵芯等各部溫度均正常。汽輪發電機組各軸振、瓦振正常。發電機定子冷卻水系統、氫氣系統、密封油系統均正常運行，現場無檢修作業、無設備啟停等運行操作。發變組保護、發電機漏氫檢測裝置、發電機油水探測裝置均無任何報警。

2014-08-25T14：18：56，2號機硬光字牌“2號機組故障錄波器啟動”、“定冷水系統異常”報警，軟光字牌“發電機氫水差壓低”、“發電機定冷水壓差大”報警，定子冷卻水系統畫面上“定子線圈水壓差高”、“定子線圈進出水流量差高”開關量報警。

14：18：57，“汽機振動大”報警，發電機兩端軸振7X/7Y，8X/8Y突增變壞點。

14：18：58，汽機軸振大保護啟動。

14：18：59，7X/7Y軸振突增至387/469 μm，8X/8Y軸振突增至331/474 μm。

14：19：01，軸振大保護動作于汽機跳閘(保護延時3 s)，首出“7Y軸振大跳閘”。鍋爐MFT，機、爐各聯鎖動作正常。機組跳閘后，氫系統畫面上有“接線盒底部檢漏計水位高”、“發電機汽端檢漏計1水位高”報警；打開檢漏計底部排污門有連續水流排出，定子冷卻水箱水位持續下降，初步判斷為發電機內定子線棒接頭漏水。

14：34：25，停止B定冷水泵運行，并進行緊急排氫。

15：10：00，機組轉速至0，投入盤車。

2 發電機內部檢查及故障處理

2.1 發電機線棒損壞情況

2014-08-26，工作人員進入發電機內部檢查，發現勵側11，12點鐘位置4個水電接頭受損。其中上層線棒(31，32槽)2個水電接頭手包絕緣爆掉，水盒接頭斷掉，下層線棒(15槽)及V1環形引線2個水盒被波及，2個接頭手包絕緣損環，發電機內部大量進水，油水探測器報警。損壞水電接頭部位如圖1所示。

圖1 水電接頭損壞照片

2014-08-31，工作人員對2號發電機抽轉子檢查時發現：定子端部未見明顯松動現象，環形引線部分有少量黃粉，轉子勵側風區內存在銅粉，發電機內存在油水，32號槽上層線棒股線L型壓塊螺栓脫落。對線棒進行單獨交流耐壓試驗，25，26，27，28號槽上層4根線棒絕緣被擊穿、碳化，判定股線匝間短路。由于底層線棒存在熏黑現象，繼續抬出29，30，31，32號槽上層線棒后，剩余線棒的直流耐壓試驗全部通過。同時，轉子的各項電氣試驗如絕緣電阻、交流阻抗和RSO試驗等正常，通風試驗及密封試驗檢查正常。

2.2 發電機受損線棒處理

根據現場故障情況及絕緣試驗結果，更換25-32號槽上層的8根線棒，并對所有的線棒進行耐壓試驗、定子冷卻水流量試驗、水壓試驗，然后對水電盒進行相控陣和著色探傷檢查。上層線棒入槽后，進行耐壓試驗、超聲波檢測、直流電阻測量和直流大電流溫升紅外檢測。發電機全部回裝后進行交、直流耐壓試驗。轉子進行氣密、通風試驗，絕緣電阻、直流電阻、交流阻抗試驗及RSO試驗。

2014-09-26T08：00，2號機一次并網成功，發電機搶修工作順利結束。

3 機組跳閘過程與原因分析

3.1 機組跳閘過程分析

14：18：56，勵磁故障報警，故障錄波啟動，發電機絕緣損壞放電。

14：18：57，發電機中性點零序電壓開始出現突變，由0.55 V突增至1.03 V，持續165 ms。在該時間內共出現2個發電機定子接地過程，但發電機中性點零序電壓值未持續大于5.8 V，時間也未達到定值整定的時間2.3 s，故發電機定子接地保護未動作。

14：18：58，負序電流突升至999 A，發電機兩端軸振7X/7Y，8X/8Y開始突變，軸振保護啟動。

14：19：00，發電機定子冷卻水壓力突升至0.37 MPa報警變紅，定子冷卻水流量降至90.63 t/h，“定子線圈進出水流量低”報警。

14：19：03，定子線圈進水壓力升至0.51 MPa，分析造成定冷水壓力突升的原因是氫氣進入定子冷卻水管。

14：19：01，軸振保護動作，ETS動作、汽輪機跳閘、主汽門關閉。

14：19：02，定冷水箱水位出現突升。

14：19：06，發電機程跳逆功率保護動作，發-變組開關跳閘，發電機解列。

14：19：16，定冷水箱水位最高升至632.81 mm后持續下降，造成定冷水箱水位上升的主要原因為發電機內氫氣進入定子冷卻水管及定冷水箱。當定冷水泵出口壓力升高，定子線圈進水壓力升至0.51 MPa(滿量程)；超過發電機內氫壓后，再次向發電機內漏水，因此定冷水箱水位又持續下降。

3.2 發電機故障原因分析

抽轉子后檢查定子端部未見明顯松動現象。根據現場線棒損壞情況及掉落的L型壓塊熔化痕跡，故障分析會專家一致認為，故障點位于發電機勵端32號槽上層線棒水電接頭處。因水電接頭內部松動造成接觸電阻增大，使得該處過熱、燒熔，產生間隙，引發電弧，造成該水電接頭嚴重燒損。同時，電弧還波及左側相鄰的31號槽上層線棒水電接頭，并造成其水嘴損壞。

32號槽水電接頭股線松動的原因有2種：

(1) 發電機端部局部振動，造成L型連接件與水盒頭部連接的1顆螺栓首先松動；

(2) L型連接件側邊存在原始缺陷，因端部局部振動斷裂造成松動。

上述原因均會導致水電接頭接觸電阻增大，急劇過熱，使錫焊熔化開焊，引發電弧燒損故障。在拉弧過程中，產生了B相不穩定接地現象。電弧燒斷V1上層分支，使B相電流全部轉移至V2分支，定子繞組三相電流不平衡，引起發電機轉子振動異常增大，轉子軸振保護動作跳機。同時，電弧燒穿水盒，燒斷引水管接頭，導致發電機機內進水。

3.3 發電機轉子振動突增原因分析

根據數據記錄，伴隨負序電流突變，出現了軸承振動的異常突增，特別是7，8號瓦軸振的Y向振動幅值瞬間超過了400 μm。發電機轉子振動超過機組正常運行狀態的時間持續了8 s。隨著主開關跳閘，發電機解列，2號機組軸系振動恢復正常。

由于發電機定子繞組損壞，導致絕緣被擊穿，隨之出現定子繞組的匝間短路、負序電流突變、產生軸電壓等現象；當定子繞組發生匝間短路時，發電機氣隙磁場必然產生畸變，從而導致發電機的電磁轉矩發生變化，激起發電機定子及轉子的徑向振動。此外，負序電流分量產生與轉子轉向相反、轉速為同步轉速的旋轉磁勢，在定、轉子之間產生的交變電磁轉矩，致使轉子所受力矩也是交變的，可導致軸系振動。

對轉子而言，負序電流會造成轉子表面局部產生高溫過熱；由于轉子各部件的熱容量不同，轉子受熱不均，各部件間會產生溫差，引發轉子熱變形，從而引起軸系振動；但這需要一定的時間。由于軸振振幅突增沒有任何延時，具有突發性，從而可以排除轉子熱變形引起軸系振動這個因素。

4 暴露的問題

(1) 在2012年發電機絕緣受損事故搶修中，由于過分依賴制造廠家，設備管理人員對檢修工藝和質量控制不嚴，部分備件材料重復使用，沒有意識到線棒連接股線及水電接頭可能存在制造或安裝缺陷。而在2013年大修中，沒有拆除手包絕緣對連接股線及水電接頭進行認真復查和檢驗，暴露該電廠對發電機檢修質量控制不嚴。

(2) 2號發電機定冷水箱上部漏氫檢測裝置在整個故障過程中沒有正確顯示與報警，原因是平時沒有定檢，也無管理規定；暴露該電廠設備管理上存在重大漏洞。2號發電機定冷水回水漏氫檢測裝置有1道閥門未開，事故后熱控與運行部門在應歸誰操作的問題上爭論不休，暴露出該電廠設備操作分工不明、責任不清問題。

(3) 負序電流分量未接入故障錄波器，也未進入DCS電氣主畫面顯示，影響了工作人員對事故進行分析。說明平時對發電機負序電流的監控管理，沒有引起足夠的重視。

(4) 事后聯合檢查發現，對發電機絕緣監測裝置的管理混亂，分工不明。裝置有缺陷無人處理，長期不能投入，暴露出管理制度不完善。

(5) 保護邏輯不完善，如發電機斷水保護未進入電氣保護回路。

5 改進措施

(1) 認真總結歷次發電機故障處理的經驗教訓，嚴格執行《中國大唐集團公司防止發電機損壞事故的指導意見》，加強發電機檢修工藝與質量管控，做到“逢停必檢”。

(2) 在2號發電機端部加裝振動在線監測裝置，對發電機端部振動進行實時監控。數據異常變化時應及時通知相關人員檢查處理，必要時減負荷或停機檢查處理。

(3) 加強對發電機漏氫檢測裝置的管理工作，對4臺機組的漏氫檢測裝置進行全面檢查和標定，合理安排定期維護(主機6個月，外圍設備3個月)與校驗工作，確保漏氫檢測裝置測量準確、運行可靠。加強對機組定冷水壓力、流量、發電機線圈溫度及漏氫量的監測與運行監視。

(4) 在1-4號發變組故障錄波器中增加發電機負序電流突變量啟動，以便于運行監視。同時，將1-4號機組的發電機負序電流數值顯示在DCS系統的勵磁系統畫面上。

(5) 完善保護邏輯，熱工在保留發電機斷水保護的同時，將此保護直接傳入繼電保護屏，實現電氣跳閘功能。

6 結束語

通過對2號發電機進水跳閘事故的分析研究，明確了故障的原因，查找出了設備檢修、管理上的一系列問題，并制定了改進措施。汽輪發電機是電力生產的重要設備，如何防止發電機發生重大事故，保障發電機組安全穩定運行，是火力發電廠需要常抓不懈的重大任務，故以此文與同行交流，以期促進電力生產安全水平的進一步提高，預防氫冷發電機組發生類似的進水跳閘事故。

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2015-08-22。

靖 君(1986-），男，工程師，長期從事大型火力發電廠集控運行生產與管理工作，email：jingjun5520@163.com。