大型汽輪發電機定子接地故障及處理方案

劉玉帥，許銘洋

(哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱150040)

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大型汽輪發電機定子接地故障及處理方案

劉玉帥，許銘洋

(哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱150040)

以600MW汽輪發電機定子接地故障為例，分析了故障的原因、處理方法以及有關的計算分析。介紹了處理過程包括工藝準備、拆汽勵端定子端部結構、退定子槽楔、拆除上下層線棒、回裝上下層線棒、安裝端部結構以及電氣試驗等。

汽輪發電機；定子接地故障；電氣試驗；措施

0 引言

汽輪發電機定子主要由定子機座、定子鐵心、定子繞組以及冷卻器、出線盒等部分組成[1]，發電機運行時，定子機座承受著發電機整體的重量以及巨大的力矩作用，同時，定子繞組由于高電壓高電流以及不停旋轉的磁場作用。其呈現出橢圓振型[4]，尤其是定子繞組端部承受著巨大的力矩作用，故由于定子繞組端部引發的定子繞組接地事故較易發生。當發生定子繞組接地事故時，電廠并不具備處理故障和計算分析的能力。通過實例，詳細的介紹了發電機定子繞組接地后的搶修方案、問題處理以及后續的計算分析，對定子繞組接地事故處理具有一定的指導意義。

1 故障分析

2014年我國南部某電廠2#發變組發出發電機定子接地保護動作信號及外部保護連跳信號，隨即2#發電機與系統解列。經檢查，2#發電機跳機前發電機定子線棒溫度、進出水溫度、發電機內冷水出水溫度及壓力、發電機內氫壓等運行參數正常，無明顯發展過程。但從發電機端部振動在線監測裝置所測的27#槽振動值來看，2#發電機跳機前，國標要求關注的倍頻振動幅值最高值在130μm左右且變化趨勢較平緩，遠低于國標要求的250μm，但工頻振動幅值在跳機前一個小時內最高點達到了500μm，通頻更是在當天較長一段時間維持在了1000μm。經過對2#發電機故障后檢查主絕緣、直流電阻值發現，B相直流電阻與上一次檢修測量值比較變大102%，而A相、C相直流電阻無異常。拆開發電機勵端內外端蓋，發現定子繞組勵端11點鐘方向第27槽上層線棒的水電接線盒燒毀(見圖1)，線棒的空心導線已被溶解的銅質堵塞，相鄰線棒的手包絕緣被熏黑(見圖2)。由于電廠不具備處理故障和計算分析的能力，相關專家和生產廠技術人員迅速前往現場進行處理。

2 解決方案及處理方法

經現場檢查，專家組制定了以下的解決方案，并及時進行了處理。

(1)拆定子鼻端絕緣，氣焊拆上下層連接股線。由于損壞的是下層線棒水盒，并且根據分析討論，需拆除機組全部定子繞組及端部結構件。

(2)退定子槽楔、拆上層線棒。

(3)拆除定子槽部層間適形材料、拆下層線棒。

(4)定子線棒清理、修復、試驗。更換燒毀的水電連接盒并檢查全部發電機線棒，對所有線棒進行耐壓試驗(執行標準JB/T 6204—2002)與繞組冷態直流電阻值測試試驗，經檢驗合格的線棒可以繼續使用。

(5)回裝定子下層線棒，端部綁扎，并預裝層間適形脹管。

(6)回裝定子上層線棒，端部綁扎，并完成相間綁扎。

(7)完成定子端部鞍塊、拉緊楔等端部結構件的安裝配做。

(8)定子端部充膠加熱，固化冷卻。

(9)安裝定子線棒鼻端連接股線，焊鼻端連接股線及探傷。

(10)安裝定子端部絕緣引水管，進行定子水路水壓試驗(執行標準JB/T 6228—2005)及熱水流試驗。

(11)定子鼻端包絕緣。

(12)定子端部安裝綁環及內撐環。

(13)定子槽部打槽楔。

(14)定子鐵損試驗、驗收試驗。

(15)定子端部清理噴漆。

經過及時處理，解決了電機定子接地故障。

3 計算分析

定子線棒位于磁場中，要受到磁場力的作用，電力系統短路時，定子線棒中通過很大的短路電流，受到巨大的電動力作用，如果機械強度不夠，將使定子線棒變形或損壞[3]。發生對稱三相短路時，作用于每相母線上的電動力大小是由該相母線的電流與其它兩相電流的相互作用力所決定的。在校驗母線動穩定時，用可能出現的最大電動力作為校驗的依據。經過證明，B相所受的電動力最大，比A相、C相大7%，由于電動力的最大瞬時值與短路沖擊電流有關，故最大電動力用沖擊電流表示，則B相所受到的電動力為(理論公式)

式中，Fzd—三相短路時的最大電動力，N；L—母線絕緣子跨距，m；a—相間距離，m；ich—三相短路沖擊電流(一般高壓回路內短路時，ich=2.55I″)。

直接由大容量發電機供電的母線短路時，ich=2.7I″。

而發生故障的正是B相繞組，在同一地點兩相短路時最大電動力比三相短路小，所以，可采用三相短路來校驗修理后的發電機動穩定性能。

4 結語

結合本臺汽輪發電機接地故障，本文介紹了發電機定子接地實例搶修方案和處理，總結思路如下。

(1)發電機發生定子接地故障后，需要對定子進行全面檢查；

(2)根據定子接地故障發生時DCS所記錄的各種數據進行全面分析；

(3)制定切實可行的施工方案，尤其是修理之后的電氣試驗要嚴格控制；

(4)通過必要的計算分析發電機定子接地后可能產生的一切損傷并妥善處理。

[1] 汪耕,李希明.大型汽輪發電機設計、制造與運行[M].上海：上?？茖W技術出版社，2000.

[2] 徐灝.機械設計手冊2版[M].北京：機械工業出版社，1996.

[3] 湯蘊璆.電機學2版[M].北京：機械工業出版社，2005.

[4] 胡建波，徐福娣.汽輪發電機定子繞組端部振動模態分析[J]. 2002ANSYS年會論文集，2002:838-844.

Stator Earthing Fault and Its Solution for Large Turbine-Generator

LiuYushuaiandXuMingyang

(Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China)

Taking an earthing fault of the 600MW turbine-generator as an example, the cause, treatment and relevant calculating analysis of the fault are analyzed. This paper introduces the treatment process including technology preparation, disassembly stator end parts of steam excitation, removing stator slot wedge, disassembling upper and lower layer coils, reassembling upper and lower layer coils, assembling stator end parts, and electric test.

Turbine-generator；stator earthing fault；electrical test；measure

10.3969/J.ISSN.1008-7281.2016.05.16

TM307+.1

B

1008-7281(2016)05-0054-002

劉玉帥 男 1990年生；畢業于哈爾濱工業大學機電學院機械設計制造及其自動化專業，現從事汽輪發電機設計工作.

2016-03-09