火力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地事故原因分析及處理

李育強(qiáng)　劉永博

摘要：通過(guò)分析某發(fā)電廠火力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作造成發(fā)電機(jī)停機(jī)的事件，闡述了發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作的原因及事故處理情況，以提高發(fā)電機(jī)運(yùn)行的安全可靠性。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī);轉(zhuǎn)子;接地保護(hù);故障處理

1 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地原理

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在機(jī)組運(yùn)行時(shí)通入直流電，通過(guò)勵(lì)磁滑環(huán)與外部直流電源連接。轉(zhuǎn)子繞組有相當(dāng)可靠的絕緣保護(hù)，與轉(zhuǎn)子本體及定子間沒(méi)有電連接。發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)若出現(xiàn)一點(diǎn)接地情況，說(shuō)明轉(zhuǎn)子絕緣破損或因某種原因造成轉(zhuǎn)子絕緣降低，致使轉(zhuǎn)子與其繞組之間有接觸，這種情況持續(xù)時(shí)間較短，或瞬間出現(xiàn)后消失，此時(shí)應(yīng)對(duì)發(fā)電機(jī)保護(hù)及其外觀進(jìn)行相應(yīng)檢查。若這種情況出現(xiàn)時(shí)間較長(zhǎng)，應(yīng)當(dāng)停機(jī)檢修。當(dāng)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地演變?yōu)閮牲c(diǎn)接地時(shí)，自控系統(tǒng)會(huì)發(fā)指令跳閘。

轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地對(duì)發(fā)電機(jī)的安全運(yùn)行起著十分重要的保護(hù)作用，一般情況下運(yùn)行人員接到保護(hù)報(bào)警后，到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行觀察，根據(jù)實(shí)際情況決定是否需要停機(jī)檢修。轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地用于發(fā)指令跳閘。

2 事故經(jīng)過(guò)

2019年11月14日，某火力發(fā)電廠#2發(fā)電機(jī)DCS監(jiān)控發(fā)現(xiàn)：發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流下降，勵(lì)磁電壓升高，發(fā)電機(jī)無(wú)功功率降為負(fù)值，同時(shí)發(fā)電機(jī)AVR兩個(gè)通道先后報(bào)故障，DCS報(bào)“AVR欠勵(lì)限制”，緊接著發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作，發(fā)變組保護(hù)裝置勵(lì)磁變過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，發(fā)電機(jī)跳閘，汽輪機(jī)跳閘。檢查發(fā)現(xiàn)保護(hù)A柜、勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、線(xiàn)路故障錄波器、DCS有啟動(dòng)跳閘報(bào)警信號(hào)。

18：09：30，勵(lì)磁電流由1 078 A降至780.9 A，勵(lì)磁電壓由160.7 V提升至270.9 V，發(fā)電機(jī)無(wú)功功率由38 Mvar下降至-15.33 Mvar;18：10：04.774，新#2機(jī)組DCS報(bào)“AVR CHI故障”（勵(lì)磁調(diào)節(jié)器通道I故障）;18：10：04.802，新#2機(jī)組DCS報(bào)“AVR CHII故障”（勵(lì)磁調(diào)節(jié)器通道II故障）;18：10：05，新#2機(jī)組DCS報(bào)“AVR欠勵(lì)限制”;18：10：24，新#2機(jī)組發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)動(dòng)作;18：10：46—18：10：50，新#2發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器自動(dòng)強(qiáng)勵(lì)增加轉(zhuǎn)子電流，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子電流由780.9 A升至1 370 A并波動(dòng);18：10：58，新#2發(fā)變組保護(hù)裝置勵(lì)磁變過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，發(fā)電機(jī)跳閘，汽輪機(jī)跳閘;18：10：58.775，熱總六回線(xiàn)線(xiàn)路故障錄波器Ia、Ib、Ic電流突變量啟動(dòng)。

CHⅠ通道欠勵(lì)限制動(dòng)作記錄：測(cè)量PT的三相平均值為12.92 kV;儀表PT的三相平均值為12.94 kV;轉(zhuǎn)子電流為808 A;有功功率為118.300 MW;無(wú)功功率為-13.400 Mvar。

CHⅡ通道欠勵(lì)限制動(dòng)作記錄：測(cè)量PT的三相平均值為12.93 kV;儀表PT的三相平均值為12.95 kV;轉(zhuǎn)子電流為790 A;有功功率為118.300 MW;無(wú)功功率為-13.500 Mvar。

根據(jù)調(diào)節(jié)器欠勵(lì)限制參數(shù)設(shè)置曲線(xiàn)（圖1）所示，A點(diǎn)（0 MW，-30.4 Mvar）、B點(diǎn)（168.7 MW，0 Mvar）、C點(diǎn)（45 MW，A），CHI、CHII通道欠勵(lì)限制動(dòng)作值均在動(dòng)作區(qū)，動(dòng)作正確。同時(shí)CHI、CHII通道欠勵(lì)限制信號(hào)分別直接啟動(dòng)DCS“AVR CHI故障”和“AVR CHII故障”綜合報(bào)警;經(jīng)中間繼電器后啟動(dòng)DCS“欠勵(lì)限制”報(bào)警。

3 動(dòng)作原因分析及處理

3.1? ? 檢查情況及分析

（1）現(xiàn)場(chǎng)檢查情況：發(fā)電機(jī)導(dǎo)電螺釘根部無(wú)變色，導(dǎo)電螺釘上側(cè)背帽及L型連板與滑環(huán)連接處的螺絲都有鎖片。拆除發(fā)電機(jī)勵(lì)磁刷架檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)勵(lì)端滑環(huán)導(dǎo)電螺釘處有弧光放電燒損痕跡，滑環(huán)與導(dǎo)電螺釘連接板已燒毀熔斷。

（2）絕緣試驗(yàn)情況：對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁變絕緣及直流電阻進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)合格;對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)子直流電阻及交流阻抗進(jìn)行試驗(yàn)，轉(zhuǎn)子直流電阻、交流阻抗試驗(yàn)數(shù)據(jù)與上次大修試驗(yàn)數(shù)據(jù)相比，數(shù)據(jù)差異很大，不符合預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程的要求，試驗(yàn)不合格;發(fā)電機(jī)勵(lì)磁引線(xiàn)及勵(lì)磁電壓二次回路電纜搖測(cè)絕緣合格，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器電流、電壓采樣檢查正常。

（3）查看發(fā)電機(jī)運(yùn)行趨勢(shì)，回放監(jiān)控視頻，放電過(guò)程持續(xù)55 s，整個(gè)過(guò)程中勵(lì)磁電流、電壓、發(fā)電機(jī)無(wú)功都有波動(dòng)，在參數(shù)波動(dòng)前導(dǎo)電螺釘連板與滑環(huán)接觸面已經(jīng)開(kāi)始過(guò)熱，隨著過(guò)熱轉(zhuǎn)子整體阻抗不斷增大，勵(lì)磁電流減小，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器自動(dòng)調(diào)節(jié)增加發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流，維持發(fā)電機(jī)出口電壓穩(wěn)定。

綜上，分析認(rèn)為隨著發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流不斷增大，連板接觸面過(guò)熱加劇，超過(guò)銅的熔點(diǎn)，導(dǎo)致接觸面燒斷，轉(zhuǎn)子電流劇烈變化，強(qiáng)勵(lì)動(dòng)作，轉(zhuǎn)子電流通過(guò)電弧進(jìn)行導(dǎo)通，連板斷面之間放電造成銅連板不斷熔毀變短，高溫電弧同時(shí)燒損導(dǎo)電螺釘處大軸表面。

清理發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)導(dǎo)電螺釘本體后，直接從導(dǎo)電螺釘測(cè)試轉(zhuǎn)子直流電阻、交流阻抗合格，與上次大修時(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較無(wú)明顯差異，判斷轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)部沒(méi)有故障，故障點(diǎn)在轉(zhuǎn)子內(nèi)側(cè)導(dǎo)電螺釘處。由于放電間距不斷變長(zhǎng)，連板放電產(chǎn)生的金屬氧化物無(wú)法隨冷卻風(fēng)排出，隨著發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，放電弧光及金屬氧化物最終導(dǎo)致正負(fù)極滑環(huán)短路，勵(lì)磁變過(guò)流保護(hù)動(dòng)作，是導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組跳閘的主要原因。

3.2? ? 事故處理及預(yù)防

（1）對(duì)發(fā)電機(jī)滑環(huán)內(nèi)側(cè)勵(lì)磁線(xiàn)圈引出線(xiàn)固定螺釘、連板、滑環(huán)等附件進(jìn)行更換。

（2）對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存在的設(shè)備隱患進(jìn)行全面排查處理，并對(duì)轉(zhuǎn)子按大修項(xiàng)目進(jìn)行絕緣試驗(yàn)。

（3）測(cè)量完整的轉(zhuǎn)子回路直流電阻，將測(cè)得的數(shù)據(jù)留底與出廠、交接及歷次大修試驗(yàn)數(shù)據(jù)做對(duì)比，確保數(shù)據(jù)不超標(biāo)。

（4）后期發(fā)電機(jī)大修中明確直流電阻測(cè)量部位及轉(zhuǎn)子導(dǎo)電螺釘部件檢查標(biāo)準(zhǔn)，將檢修項(xiàng)目列為廠級(jí)驗(yàn)收項(xiàng)目，并設(shè)為質(zhì)量見(jiàn)證點(diǎn)，確保檢修質(zhì)量。

4 轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地的幾種情況

4.1? ? 轉(zhuǎn)子接地報(bào)警

勵(lì)磁電壓波動(dòng)引起的轉(zhuǎn)子接地報(bào)警，出現(xiàn)這類(lèi)情況一般有兩種原因：一是轉(zhuǎn)子本身問(wèn)題，如絕緣降低、與地實(shí)接或者虛接;二是自并勵(lì)機(jī)組在啟動(dòng)時(shí)，輔助起勵(lì)與自并勵(lì)切換時(shí)出現(xiàn)電壓波動(dòng)。

4.2? ? 轉(zhuǎn)子接地故障

停機(jī)前或靜態(tài)下轉(zhuǎn)子對(duì)地絕緣均正常，機(jī)組啟動(dòng)時(shí)電壓升起來(lái)，轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地就會(huì)報(bào)警，測(cè)轉(zhuǎn)子回路絕緣均正常。遇到這種情況一般是陽(yáng)極側(cè)對(duì)地絕緣不好，檢查勵(lì)磁變出口母線(xiàn)是否存在與柜體或者地零排有搭接情況。

4.3? ? 檢查注意事項(xiàng)

發(fā)生轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地告警時(shí)，問(wèn)題不一定在直流轉(zhuǎn)子側(cè)，需對(duì)勵(lì)磁變到轉(zhuǎn)子繞組整個(gè)回路進(jìn)行全面排查。交直流側(cè)接地都會(huì)引發(fā)轉(zhuǎn)子正、負(fù)對(duì)地的電壓波動(dòng)。處理轉(zhuǎn)子接地故障時(shí)單純的絕緣或直阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)不能完全說(shuō)明問(wèn)題，停機(jī)前正常且靜態(tài)正常時(shí)，正常啟動(dòng)后電壓上升出現(xiàn)告警時(shí)，需結(jié)合動(dòng)態(tài)試驗(yàn)及波形方法進(jìn)行檢查。

5 結(jié)語(yǔ)

保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行的安全性十分重要，一旦發(fā)電機(jī)本身出現(xiàn)故障而保護(hù)裝置不能可靠動(dòng)作時(shí)，輕則造成發(fā)電機(jī)損壞，修復(fù)難度及經(jīng)濟(jì)損失非常大;重則造成人員傷亡，后果不堪設(shè)想。轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)是發(fā)電機(jī)的重要保護(hù)之一，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子回路與地之間是絕緣的。當(dāng)轉(zhuǎn)子回路出現(xiàn)絕緣降低或損壞時(shí)，可能引起轉(zhuǎn)子回路接地故障。若運(yùn)行中出現(xiàn)該類(lèi)故障，應(yīng)立即采取相應(yīng)的處理措施消除故障，保證機(jī)組正常運(yùn)行。

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收稿日期：2020-03-01

作者簡(jiǎn)介：李育強(qiáng)（1975—），男，甘肅武威人，技師，從事電氣檢修指導(dǎo)工作。

劉永博（1985—），男，甘肅會(huì)寧人，工程師，從事電氣檢修工作。