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    定子短路事故分析

    2013-07-05 05:27:54蔡潤鋒

    蔡潤鋒

    【摘 要】廣東省潮州市鳳凰水電廠A站#6F機于2006年7月31日發(fā)生定子接地事故,機組事故停機,嚴重影響了機組的安全運行,也影響了我廠的安全生產(chǎn)。我們經(jīng)過資料查找和圖紙分析并結合檢修情況,找到了原因,并進行了處理。

    【關鍵詞】短路事故;絕緣電阻;磁極線圈;絕緣擊穿

    0.概述

    廣東省潮州市鳳凰水電廠位于廣東省潮安縣北部山區(qū),由鳳凰水庫、一級電站和二級電站A站、B站組成。鳳凰水庫建成于1968年,集雨面積164km2,多年平均徑流量24403萬m3,水庫正常蓄水位高程332.0m,相應庫容5170萬m3。一級電站為壩后式電站,裝配2臺1600KW發(fā)電機。二級電站位于潮安縣歸湖鎮(zhèn),為引水式電站,引水渠道全長15.6km,最大流量12m3/s,設計水頭250.8m,其中A站建成于1968年,裝配4臺2000KW發(fā)電機和4臺3000KW發(fā)電機, B站建成于2004年,裝2臺12000KW發(fā)電機,全廠設計發(fā)電量1.3億KW.h,是潮州市的骨干發(fā)電廠,為粵東地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展和穩(wěn)定發(fā)揮了重要的作用。

    該廠A站#6F機投產(chǎn)于1970年11月,于2006年7月31日發(fā)生定子接地事故,機組不能正常運行,嚴重影響了機組的安全運行,也影響了我廠的安全生產(chǎn)。

    為保證A站#6F機能夠正常運行,我們經(jīng)過查找有關定子的書籍、圖紙等技術資料并到潮州市匯能電機廠請教后進行處理,完成后投入運行正常。

    1.主要技術參數(shù)

    1.1水輪機的主要技術參數(shù)

    型 號:CJ-W-117/2×12.7

    額定出力: 3200KW

    設計流量:1.65m3/s

    設計水頭:250.8m

    額定轉(zhuǎn)速: 500r/min

    1.2發(fā)電機的主要技術參數(shù)

    型 號:TSW213/64-12

    額定容量:4000KVA

    額定電壓:6300V

    功率因數(shù):0.8

    2.定子的構成和工作原理

    2.1定子的構成

    定子由機座、鐵芯、線圈繞組、上下齒壓板、拉緊螺桿、端箍、端箍支架、基礎板和引出線等部分組成,機座主要用于固定鐵芯,采用鋼板焊接結構,具有一定的剛度,能防止變形和運行時的振動,并能承受發(fā)電機短路時的最大扭矩,鐵芯由0.4mm厚導磁性能好的扇形硅鋼片疊壓而成,其作用是構成磁路,安放線圈,線圈繞組用帶有絕緣的扁銅線繞制而成,其作用是在磁場的作用下感應產(chǎn)生電勢,形成電路,上下齒壓板和拉緊螺桿是用來將定子鐵芯在軸向壓緊的部件,端箍也叫支持環(huán)或扎線環(huán),由支座、支架、端箍及絕緣綁帶等組成,定子通過基礎板固定在廠房基礎混凝土上,引出線與母線連接。

    2.2水輪發(fā)電機組的基本工作原理

    水輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)子主要由磁極與勵磁繞組組成,勵磁繞組靠同軸旋轉(zhuǎn)的勵磁機所發(fā)出的直流電提供勵磁電流,定子是在定子鐵芯內(nèi)圓均勻著槽,在槽中嵌放著三相對稱繞組,當轉(zhuǎn)子在水輪機的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)時,由轉(zhuǎn)子磁極線圈所產(chǎn)生的磁場同樣也旋轉(zhuǎn)起來,旋轉(zhuǎn)著的磁場切割定子線圈上的繞組后就在定子線圈內(nèi)感應產(chǎn)生電勢,并通過引出線向電網(wǎng)輸送電量,即將機械能轉(zhuǎn)換成電能。

    2.3水輪發(fā)電機組的基本技術要求

    水輪發(fā)電機組的基本技術要求是發(fā)電機的端電壓等于電網(wǎng)電壓;發(fā)電機的頻率等于電網(wǎng)頻率;發(fā)電機與電網(wǎng)的相應相的電壓應同相位;發(fā)電機與電網(wǎng)的相序要相同;發(fā)電機與電網(wǎng)的電壓波形要相同;當電網(wǎng)或水輪機偶然發(fā)生的微小擾動消失后發(fā)電機應能回到原來狀態(tài)繼續(xù)同步運行。

    3.事故過程

    #6F機于7月28日凌晨開機短路烘干,至7月29日檢查絕緣電阻R15/R60=390MΩ/550MΩ,溫度45℃,吸收比=1.41。于當天早上并列,一直帶3200KW負荷運行,事故發(fā)生前沒有任何異常現(xiàn)象。7月31日上午,#6機正帶3200KW負荷運行,當時無功功率為2400kvar,定子電流為360A,定子電壓為6000V,轉(zhuǎn)子電壓為68V,轉(zhuǎn)子電流為250A。10時45分,#4機表計盤出現(xiàn)“Ⅱ段機組母線接地”光字牌并響鈴,查6.3kvⅡ段母線電壓,UAO=UBO=3700v,UCO=0,值班人員檢查Ⅱ段母線和各臺機(#5~#8機)情況。10時51分,將#6F機解列,故障信號即消除,測Ⅱ段母線三相電壓正常,至此,判定故障在#6機內(nèi)部,停機后檢查,發(fā)現(xiàn)焦臭味最重之處在#6機靠#7機一側(cè)。

    4.檢查情況

    停機后,對#6F機進行全面檢查,分別測試定子回路各部分的絕緣電阻,查出線電纜和各電流互感器等的絕緣電阻均在500MΩ以上,定子繞組A、B相對地為R15/R60=800MΩ/1500MΩ,而C相對地絕緣電阻為零,用萬用表測C相對地電阻只有3Ω,判斷為金屬性接地。拆開前端蓋檢查,發(fā)現(xiàn)C相靠#7機一側(cè)在勵磁機端的端部三匝線圈有弧光燒傷痕跡,懷疑此三匝線圈與定子端部固定鐵環(huán)之間的絕緣擊穿。用絕緣板將此三匝線圈與該鐵環(huán)隔開,測C相對地絕緣電阻仍為零。又拆開發(fā)電機后端蓋,發(fā)現(xiàn)定子腔內(nèi)有熔化的細小銅末,其中靠#7機一側(cè)分布較多。因懷疑C相線圈在端部與二個固定鐵環(huán)之間的絕緣擊穿,松開螺絲后,用絕緣板將這二個鐵環(huán)與定子外殼(地)隔開,測C相絕緣電阻仍為零。為弄清真相,決定抽出轉(zhuǎn)子細查。抽出轉(zhuǎn)子后檢查,發(fā)現(xiàn)故障在C相第29-31槽。其中,靠勵磁機一側(cè)端部,這三條槽的槽楔因發(fā)熱向內(nèi)脹出,且有被轉(zhuǎn)子擦傷的痕跡;查轉(zhuǎn)子的對應部位,在第4個磁極也有輕微擦傷的傷痕??克啓C側(cè)第3條通風溝處,在29-30槽之間及周圍附有熔銅的銅珠和銅末;在30-31槽之間有一塊約1cm2大小的鉛色凝塊,屬熔銅與絕緣層的混合物。定子腔內(nèi)散落的熔銅粒,最大的一塊約0.8cm2。至此,證實C相此三匝線圈在此處與定子鐵芯擊穿并發(fā)熱熔化。

    5.處理情況

    將C相此三匝線圈進行全面清理干凈后用玻璃絲帶包扎,并刷絕緣漆,然后用酚醛樹脂層壓板壓緊,對三條槽的槽楔因發(fā)熱向內(nèi)脹出部分絕緣板進行更換,用綁帶綁扎固定,然后定子線圈整體重新噴漆,最后機組按設備檢修規(guī)程進行大修,并于10月8日早上開機進行短路烘干,至第二天檢查定子繞組三相對地絕緣電阻為R15/R60=470MΩ/640 MΩ,定子線圈溫度為48℃,吸收比=1.36,符合機組運行要求,于當天下午并列系統(tǒng)運行正常,當時有功功率為3200KW、無功功率為2300kvar,定子電流為354A,定子電壓為6000V,轉(zhuǎn)子電壓為66V,轉(zhuǎn)子電流為247A。

    6.結語

    A站 #6機自1970年投產(chǎn),已運行30多年,服役年限遠遠超過設計運行年限,發(fā)電機定轉(zhuǎn)子絕緣嚴重老化,停機后絕緣下降速度快,停機超過24小時需進行烘干,運行中易因絕緣不足而擊穿,C相線圈就是因為絕緣性能下降而產(chǎn)生漏電造成對槽底短路,進而產(chǎn)生弧光熔化銅線,擴展為金屬性接地。這為我廠的安全運行帶來了極大的安全隱患,對我們的運行生產(chǎn)、檢修和管理來說是一種很大的挑戰(zhàn),我們要努力提高我廠的運行檢修管理水平。

    當前,老電站普遍存在機電設備絕緣老化、服役年限已超過設計年限、設備和技術遠遠落后于科學技術的發(fā)展、事故發(fā)生頻率較高等問題,因此,提高電站的運行管理水平有著非常重要的作用。

    【參考文獻】

    [1]張穎奇.運行調(diào)試與維護綜合技術手冊.水利水電出版社,2007.

    [2]電氣工程師手冊編輯委員會.電氣工程師手冊.機械工業(yè)出版社,2002.

    [3]西北電力設計院.電力工程電氣設計手冊.中國電力出版社,2006.

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