125MW空冷發(fā)電機定子接地故障的分析與處理

陜西煤業(yè)化工集團神木電化發(fā)展有限公司 周東瑜 方新軍 王衛(wèi)東

發(fā)電機運行的安全可靠性是電廠電網系統(tǒng)穩(wěn)定經濟運行的重要保障，尤其是發(fā)電機在高負荷運行狀態(tài)下發(fā)生定子接地保護動作，會造成鍋爐和汽輪機的甩負荷，嚴重會導致廠用電中斷，引發(fā)鍋爐干鍋或其它惡性事故，甚至在發(fā)電機定子接地時，若保護動作不及時可靠將威脅定子鐵芯安全，嚴重時還會演變成相間或匝間短路故障，造成鐵芯燒損事故。

本文針對某電廠兩臺發(fā)電機相繼發(fā)生定子線圈接地故障，詳細介紹了故障的現(xiàn)象、原因及處理過程和防范措施，得出了同類型發(fā)電機在運行過程中存在的共性問題，同時在檢修過程中探索到了方法，明確了運行過程中的維護保養(yǎng)，同時對后期的安全穩(wěn)定運行提出了詳細的防范措施，制定了定期的檢修和檢查方案，修訂了發(fā)電機的進、出口風溫，杜絕該類事故的重復發(fā)生。

1 故障概況

某電廠公司1號、2號發(fā)電機系中國長江動力集團生產的空冷125MW 汽輪發(fā)電機組，2011年生產、2013年7月相繼投產，年利用小時約7500小時，最高運行負荷125MW，2021年6月27日12點46分1號發(fā)電機發(fā)生定子接地故障，經過現(xiàn)場搶修更換故障線棒后于2021年7月14日啟動正常，并網運行。

發(fā)電機參數(shù)：型號QF-125-2，額定勵磁電流1393A，額定定子電壓13800V，額定功率因數(shù)0.85，額定定子電流6152A，接線法為2-Y，額定頻率50Hz，額定轉速3000r/min，絕緣等級F，使用等級B，產品編號F6004K/1，出品日期2011年4月。

1.1 故障前運行方式

#1、#2機組運行，#1機組負荷85MW,#2機組負荷93MW,#1廠高變帶10kVIA、IB 段，#2廠高變帶10kVIIA、IIB 段，啟備變帶10kV 備用段，#2、#3給水泵運行（故障前兩天發(fā)電機并網運行）；故障卡參數(shù)：電壓3U0t=94.5884V,電壓3U0n=52.75V；故障現(xiàn)象：2021年6月27日12點46分，#1發(fā)變組并網開關跳閘，發(fā)電機保護顯示“發(fā)電機定子接地3UO 動作”。

1.2 故障點排查

該發(fā)電機共有線棒132根，上層66根、下層66根，每項44根；測絕緣。打開出線，測量值：A 相16.2 GΩ、B 相0MΩ、C 相2.95GΩ，發(fā)現(xiàn)B 項絕緣不合格，初步判斷B 相有接地現(xiàn)象；打開發(fā)電機兩側端蓋，通過肉眼觀察發(fā)現(xiàn)有個別端部隔木脫落，對發(fā)電機轉子的外漆有明顯的磨損；待汽輪機盤車停運后，抽發(fā)電機轉子，通過發(fā)電機廠家技術指導，對B 項線棒打開繞組連接頭，單根進行絕緣排查，當排查到上層第42槽線棒時，絕緣為0MΩ，完全斷開該線棒，其余絕緣正常，最終判斷為該線棒故障；大部分槽楔、端部隔木松動，部分線棒有磨損現(xiàn)象。

2 故障處理

受現(xiàn)場線棒備用限制，只能采取現(xiàn)場更換故障線棒的方法進行，取出故障線棒，發(fā)現(xiàn)故障線棒一側絕緣磨損嚴重，最深處達2mm。取出故障線棒后，對B 項線圈做整體絕緣搖測、直流、交流耐壓試驗。因其余線棒存在絕緣磨損現(xiàn)象，現(xiàn)場沒有多余的備用線棒，經與廠家技術人員充分交流，防止發(fā)生耐壓試驗電壓過高擊穿其他線棒，適當降低試驗參數(shù)，耐壓試驗數(shù)據：直流耐壓2.0Un=28kV；交流耐壓1.16Un=16kV，耐壓試驗合格。

對更換的線棒在未安裝前做直流、交流耐壓試驗，第42槽上層新線棒下入槽中，槽楔打好絕緣試驗交直流試驗（表1）。試驗參數(shù)：直流耐壓2.5Un=34kV；交流耐壓2.0Un=27kV 試驗合格；安裝新線棒，安裝到位后做直流、交流耐壓試驗，試驗參數(shù)：直流耐壓2.0Un=28kV；交流耐壓1.5Un=20kV，試驗合格。

表1 絕緣試驗交直流試驗

將所有線棒焊接好，包好絕緣，用碘鎢燈加熱，溫度控制在65℃左右。烘烤30小時后做直流、交流耐壓試驗，試驗參數(shù)：直流耐壓2.0Un=28kV；交流耐壓1.16Un=16kV。試驗表明發(fā)電機直流電阻合格。新線棒焊好、絕緣包好后，絕緣各相試驗、交直流耐壓試驗（表2）。

表2 絕緣各相試驗，交直流耐壓試驗

對所有線棒槽楔進行全面檢查，更換波紋彈簧墊條，增加槽楔的預緊力，對線棒兩側存在間隙的增加絕緣槽側，減少線棒的兩側間隙；對發(fā)電機轉子進行全面檢查及試驗各項參數(shù)符合技術要求；回裝發(fā)電機轉子，2021年7月14日啟動正常，各項參數(shù)均在范圍內，為防止新線棒焊口及其它絕緣固化不良，要求發(fā)電機并網后50MW 負荷運行6小時，詳細記錄各項參數(shù)，6小時后將發(fā)電機負荷最高控制在90MW 運行一周。

3 故障原因及防范措施

該發(fā)電機從2013年投產至故障前未進行大修，2013年5月因油中雜質造成四瓦軸頸受損，發(fā)電機轉子返廠處理軸頸。2013年8月運行過程中發(fā)生發(fā)電機轉子匝間短路，返廠處理，期間兩次檢查未發(fā)現(xiàn)發(fā)電機定子槽楔、楔塊有松動現(xiàn)象，在此期間該發(fā)電機未抽發(fā)電機轉子檢查，槽楔采用帶波紋彈簧墊條的槽楔緊固系統(tǒng)，由于帶波紋彈簧墊條長時間壓緊狀態(tài)下工作，造成彈性消失或減弱，導致槽楔松動，發(fā)電機定子線棒在運行中承受電磁力和機械振動造成線棒在運行過程中發(fā)生振動，從而造成絕緣磨損，最終引發(fā)線棒被擊穿。

發(fā)電機在冬季和夏季或受負荷調整，導致線圈溫度變化，造成熱脹冷縮，在此期間線圈的預緊力發(fā)生變化，而且造成線棒振動，久而久之最終造成絕緣被磨損破壞；制造質量存在問題，各線棒的絕緣厚度不同，導致線棒在線槽內的間隙不同，間隙大的容易產生振動，從而引發(fā)線棒與線槽的磨損、導致絕緣受損，最終引發(fā)擊穿。根據同一地區(qū)相同型號的六臺發(fā)電機發(fā)生相同的故障，為了吸取經驗教訓，防止類似事故重復發(fā)生，可以從以下幾個方面預防和治理：

根據中華人民共和國電力行業(yè)標準DL／T838—2003《發(fā)電企業(yè)設備檢修導則》，國產汽輪發(fā)電機組每4～6年必須進行一次A 級大修，嚴格按照A 級檢修參考項目表，檢查和清掃鐵芯壓板、繞組端部絕緣并檢查緊固情況，清掃鐵芯、槽楔及通風溝處線棒絕緣，必要時更換少量槽楔，測量波紋板間隙，對特殊項目要作為重點，更換磨損的定子線棒或修理線棒絕緣；必要時重新焊接定子端部繞組接頭，對所有槽楔或端部隔木進行檢查，松動部分全部更換，其余更換25%以上。

一臺發(fā)電機至少備用20%的線棒，在每次大修或運行三年以上有抽發(fā)電機轉子機會時對線棒槽楔進行檢查，發(fā)現(xiàn)有松動的槽楔重點進行線棒磨損，當磨損大于1mm 以上時，建議更換新線棒。

嚴格控制發(fā)電機進油，發(fā)電機進油后會加劇線棒振動，每次檢修對軸瓦油擋進行檢查，必要時進行更換；根據氣溫變化和發(fā)電機負荷，及時調整發(fā)電機進、出口風溫，盡量控制在進風30℃、出風小于65℃，避免因風溫變化導致熱脹冷縮引發(fā)線棒松動；對于大面積線棒有磨損時，建議利用A 級大修對所有線棒進行更換，更換下的線棒返回重新做絕緣后備用。