1000 MW超超臨界發(fā)電機(jī)組故障分析及處理

黃裕中，張棋

(1.華電江蘇能源有限公司句容發(fā)電廠，江蘇 句容 212413;2.國電南京自動(dòng)化股份有限公司，南京 210032)

0 引言

隨著大容量機(jī)組的大量投運(yùn)，發(fā)電機(jī)繼電保護(hù)功能的配置越來越齊全，對(duì)于300 MW以上的火力發(fā)電機(jī)組，大型機(jī)組發(fā)電機(jī)變壓器組(以下簡(jiǎn)稱發(fā)變組)微機(jī)保護(hù)裝置一般均進(jìn)行雙重化配置，根據(jù)五大發(fā)電集團(tuán)故障情況統(tǒng)計(jì)，微機(jī)保護(hù)裝置拒動(dòng)的情況近年來已很少發(fā)生，但誤動(dòng)的情況仍時(shí)有發(fā)生。究其原因，有微機(jī)保護(hù)裝置本身異常引起的，也有校驗(yàn)工作時(shí)安全措施不完善引起的，也有二次回路接線寄生回路、直流接地等引起的。由于目前微機(jī)保護(hù)日漸成熟，保護(hù)裝置的可靠性越來越高，隨著智能電廠的推廣，發(fā)電機(jī)作為發(fā)電廠最重要的電氣設(shè)備，其許多參數(shù)、指標(biāo)及保護(hù)動(dòng)作情況均通過分散控制系統(tǒng)(DCS)或網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)(NCS)、廠用電氣自動(dòng)化系統(tǒng)(EFCS)、自動(dòng)裝置及故障錄波裝置等收集齊全，利用事件順序記錄(SOE)功能實(shí)時(shí)記錄，為故障分析提供便利，并為設(shè)備生產(chǎn)制造提供可靠數(shù)據(jù)，以減少問題的發(fā)生。

本文針對(duì)新機(jī)組并網(wǎng)調(diào)試發(fā)生的一次故障進(jìn)行分析，根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)及處理情況對(duì)問題進(jìn)行總結(jié)，為其他機(jī)組的調(diào)試和分析提供參考實(shí)例，以避免發(fā)生類似問題，減少故障的發(fā)生。

1 故障情況

2013-10-07 T19:00:00，華東某電廠試運(yùn)行期間，1臺(tái)1000MW機(jī)組正在滿負(fù)荷運(yùn)行，突然一聲悶響，亮光從發(fā)電機(jī)勵(lì)端下部發(fā)出，隨后煙氣冒出，電網(wǎng)500 kV 3/2接線2臺(tái)500 kV氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(GIS)斷路器跳閘，滅磁開關(guān)跳閘，機(jī)組全停。

發(fā)生故障后，值班運(yùn)行人員、調(diào)試人員對(duì)現(xiàn)場(chǎng)按事故緊急停機(jī)處理:(1)機(jī)組平穩(wěn)停機(jī)，油系統(tǒng)、盤車正確投入;(2)切斷故障區(qū)電源，防止發(fā)生火災(zāi);(3)機(jī)組及時(shí)排氫，對(duì)故障現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行漏氫測(cè)量，確保人身及設(shè)備安全，防止次生災(zāi)害發(fā)生;(4)值班人員排查各系統(tǒng)設(shè)備狀況，確保平穩(wěn)停機(jī);(5)對(duì)電氣系統(tǒng)相關(guān)設(shè)備轉(zhuǎn)檢修方式，及時(shí)查找設(shè)備故障原因。

檢查一次設(shè)備發(fā)現(xiàn):發(fā)電機(jī)出口機(jī)端三相TV柜的連接倉均發(fā)生了燃弧故障，并有不同程度的位移，出口機(jī)端B相TV與離相封閉母線連接軟套管處有明火;發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)聯(lián)箱鼓脹變形且陽角處存在裂口，聯(lián)箱與中性點(diǎn)接地變柜間連接的中性點(diǎn)封閉母線也發(fā)生鼓脹變形，出現(xiàn)多處裂口，橡皮伸縮套管斷裂，中性點(diǎn)接地變柜板全部張口變形嚴(yán)重。

檢查二次系統(tǒng)發(fā)現(xiàn):1 000 MW機(jī)組的發(fā)變組雙套保護(hù)A/B/C/D柜相繼動(dòng)作，跳開500 kV 5021/5022開關(guān)、6 kV2A1/2A2/2B1/2B2四段進(jìn)線開關(guān)及發(fā)電機(jī)滅磁開關(guān)，使發(fā)電機(jī)機(jī)組全停，6 kV備用電源自動(dòng)投入正常。A柜的發(fā)電機(jī)低壓記憶過流保護(hù)動(dòng)作，突加電壓?jiǎn)?dòng)(機(jī)組并網(wǎng)后該保護(hù)為退出狀態(tài))，定子接地3W保護(hù)發(fā)信;B柜的發(fā)電機(jī)低壓記憶過流保護(hù)動(dòng)作，突加電壓?jiǎn)?dòng)(機(jī)組并網(wǎng)后該保護(hù)為退出狀態(tài));C柜的主變壓器(以下簡(jiǎn)稱主變)差動(dòng)速斷動(dòng)作，主變差動(dòng)動(dòng)作;D柜的主變差動(dòng)速斷動(dòng)作，主變差動(dòng)動(dòng)作;發(fā)變組故障錄波器定子電壓Ua突變量最先啟動(dòng)，故障波形如圖1～4所示。

2 故障情況分析

2.1 電氣量原因分析

圖1 故障錄波器錄波圖

圖2 A相出口與中心點(diǎn)單相短路故障轉(zhuǎn)AB相接地(約16 ms)

1 000 MW機(jī)組發(fā)變組保護(hù)系統(tǒng)(配置國電南自生產(chǎn)DGT801系列)發(fā)電機(jī)保護(hù)(A，B為雙重化保護(hù))動(dòng)作及發(fā)電機(jī)變壓器保護(hù)(C，D柜為雙重化保護(hù))故障時(shí)，發(fā)電機(jī)保護(hù)A柜依次啟動(dòng)突加電壓保護(hù)(動(dòng)作時(shí)間19:35:47.992)、定子接地3W保護(hù)(動(dòng)作時(shí)間19:35:48.077)、發(fā)電機(jī)低壓記憶過流保護(hù)(動(dòng)作時(shí)間19:35:50.100);發(fā)電機(jī)保護(hù)B柜依次啟動(dòng)了突加電壓保護(hù)(動(dòng)作時(shí)間19:35:48.780)、發(fā)電機(jī)低壓記憶過流保護(hù)(動(dòng)作時(shí)間19:35:50.935);變壓器保護(hù)C柜依次啟動(dòng)了主變差動(dòng)速斷保護(hù)(動(dòng)作時(shí)間19:35:47.354)、主變差動(dòng)保護(hù)(動(dòng)作時(shí)間19:35:48.129);變壓器保護(hù)D柜依次啟動(dòng)了主變差動(dòng)速斷保護(hù)(動(dòng)作時(shí)間19:35:47.880)、主變差動(dòng)保護(hù)(動(dòng)作時(shí)間19:35:47.919)。同時(shí)，故障錄波器因發(fā)電機(jī)A相電壓突變啟動(dòng)，根據(jù)故障時(shí)刻的錄波圖分析得知:故障發(fā)生時(shí)發(fā)電機(jī)定子電壓A相首先開始跌落，A相電流迅速增大，大約16ms后，B相電壓開始跌落，又經(jīng) 20 ms后，C相電壓也開始跌落，最后TV互感器三相電壓均為零。由此可見:A相故障時(shí)短路電流是故障前(一次值21 600 A，二次值為3.6 A)的7倍左右(一次值為151 200 A)，遠(yuǎn)大于單相接地的電容電流;發(fā)展到A，B相接地短路時(shí)，短路電流最大達(dá)到故障前的10倍左右(一次值為210000 A);發(fā)展到A，B，C三相短路時(shí)，三相短路電流最大達(dá)到故障前的6倍左右(一次值為129600 A)。由故障錄波圖可見:主變差動(dòng)保護(hù)出口時(shí)間約為48 ms，500 kV斷路器斷弧時(shí)間為106 ms;故障發(fā)生后，發(fā)電機(jī)定子電流在勵(lì)磁開關(guān)跳開后逐漸衰減。根據(jù)故障電流發(fā)展情況及現(xiàn)場(chǎng)檢查得出如下結(jié)論:發(fā)變組保護(hù)的動(dòng)作行為正確，故障的初期原因?yàn)榘l(fā)電機(jī)出口A相與中心點(diǎn)單相短路故障，因故障點(diǎn)在發(fā)電機(jī)出口CT外側(cè)，故發(fā)電機(jī)主保護(hù)不動(dòng)作，變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，發(fā)全停命令，跳500 kV兩側(cè)開關(guān)及滅磁開關(guān)，期間故障由發(fā)電機(jī)出口A相單相短路故障轉(zhuǎn)為A，B相接地短路，然后由A，B相接地短路轉(zhuǎn)為A，B，C三相短路故障。

圖3 AB相接地轉(zhuǎn)ABC三相短路(約為20 ms)

圖4 故障前三相電流、A相出口與中心點(diǎn)單相短路電流、AB相接地短路電流、ABC三相短路電流

2.2 氫氣系統(tǒng)檢查情況分析

由于發(fā)電機(jī)為水氫氫機(jī)組，發(fā)電機(jī)定子為水冷系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子和鐵心為氫冷系統(tǒng)，為避免次生災(zāi)害的發(fā)生，對(duì)氫系統(tǒng)進(jìn)行了全面檢查分析。

2.2.1 故障前情況

(1)機(jī)組整套啟動(dòng)前，發(fā)電機(jī)氫壓檢測(cè)漏汽量為1.9 m3/d，合格。

(2)機(jī)組進(jìn)入168 h滿負(fù)荷試運(yùn)行前，氫氣嚴(yán)密性試驗(yàn)漏氫量為9.7 m3/d，符合規(guī)范要求。

(3)試運(yùn)行過程中，發(fā)電機(jī)出線大罩及中性點(diǎn)連接箱內(nèi)均無連續(xù)氫氣泄漏。

2.2.2 故障后檢查情況

(1)發(fā)電機(jī)故障后，運(yùn)行人員及調(diào)試人員為防止次生災(zāi)害發(fā)生，檢查密封油系統(tǒng)，工作正常，對(duì)故障現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行連續(xù)測(cè)氫，均未發(fā)現(xiàn)氫氣泄漏報(bào)警。

(2)發(fā)電機(jī)故障后，對(duì)發(fā)電機(jī)再次進(jìn)行風(fēng)壓試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果合格。

(3)發(fā)電機(jī)故障后，風(fēng)壓試驗(yàn)的同時(shí)，機(jī)內(nèi)加注氦氣，利用肥皂水及氦氣質(zhì)譜儀對(duì)發(fā)電機(jī)出線套管、出線大罩、中性點(diǎn)連接箱進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，均未發(fā)現(xiàn)漏氫跡象。

(4)發(fā)電機(jī)故障后，檢查大罩及中性點(diǎn)連接箱，無大面積超溫現(xiàn)象。

根據(jù)上述檢查情況，對(duì)照氫氣爆燃的濃度，此次故障可以排除氫爆的可能。

2.3 故障原因分析

對(duì)照#2機(jī)組發(fā)變組保護(hù)動(dòng)作報(bào)文以及故障錄波器錄波圖，比對(duì)發(fā)電機(jī)出口TV柜和發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地TA柜損毀情況，并對(duì)電氣設(shè)備動(dòng)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

對(duì)故障現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行仔細(xì)查看，在發(fā)電機(jī)出口TV的匝間保護(hù)專用TV柜內(nèi)，A相連接倉內(nèi)發(fā)現(xiàn)1只烤焦的田鼠尸體;檢查發(fā)電機(jī)出口TV柜，發(fā)現(xiàn)柜底支撐絕緣子槽板下有1個(gè)被遮蓋的100 mm的圓孔沒有進(jìn)行封堵，老鼠可以進(jìn)入;檢查發(fā)電機(jī)出口匝間保護(hù)專用TV布置情況，發(fā)現(xiàn)其連接銅排裸露，在單相(2 7/)kV電壓下，容易產(chǎn)生發(fā)電機(jī)出口TV引線與中心點(diǎn)引線間短路，發(fā)生大電流故障。

由于故障導(dǎo)致巨大的能量瞬時(shí)釋放，使發(fā)電機(jī)出口TV柜A相連接倉在短路瞬間產(chǎn)生了巨大的電動(dòng)力使TV柜發(fā)生扭曲變形，從而使A相出口與中心點(diǎn)單相故障轉(zhuǎn)化為A，B相接地短路故障，并引發(fā)較強(qiáng)的弧光，至使故障最終發(fā)展為三相短路。

A相出口與中心點(diǎn)單相故障點(diǎn)的故障電流及電動(dòng)力，使得匝間保護(hù)專用TV連接中性點(diǎn)接地變柜的高壓電纜熔斷，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)中性點(diǎn)聯(lián)箱外殼放電，產(chǎn)生的高溫電弧導(dǎo)致中性點(diǎn)聯(lián)箱內(nèi)氣體急劇膨脹，造成中性點(diǎn)聯(lián)箱、中性點(diǎn)接地變柜的損毀，擴(kuò)大了事故。

3 事故處理及防范措施

3.1 具體檢查試驗(yàn)項(xiàng)目

3.1.1 外觀檢查

(1)對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行抽轉(zhuǎn)子，對(duì)發(fā)電機(jī)內(nèi)、外部進(jìn)行全面檢查，未發(fā)現(xiàn)松動(dòng)和異常情況。

(2)對(duì)封閉母線進(jìn)行全面檢查，未發(fā)現(xiàn)異常情況。

(3)對(duì)變壓器及附件進(jìn)行全面檢查，未發(fā)現(xiàn)異常情況。

3.1.2 電氣試驗(yàn)項(xiàng)目

(1)發(fā)電機(jī)電氣試驗(yàn)項(xiàng)目:發(fā)電機(jī)漏氫處理/氫氣氣密試驗(yàn);定子繞組的絕緣電阻、吸收比或極化指數(shù);定子繞組的直流電阻;定子繞組泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn);定子繞組交流耐壓試驗(yàn);定子繞組端部及引線的固有頻率測(cè)試及端部模態(tài)分析。

(2)主變壓器和高壓廠用變壓器電氣試驗(yàn)項(xiàng)目:油中溶解氣體分析(色譜);繞組頻率響應(yīng)分析;低電壓短路阻抗試驗(yàn);三相直流電阻測(cè)試;絕緣電阻;鐵心(夾件)絕緣。

(3)中性點(diǎn)電流互感器電氣試驗(yàn)項(xiàng)目:電流比校核;繞組電阻測(cè)量;勵(lì)磁特性曲線測(cè)量。

(4)機(jī)端電壓互感器試驗(yàn)項(xiàng)目:一、二次絕緣電阻測(cè)量;繞組絕緣介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)量;一次繞組直流電阻測(cè)量;變比誤差測(cè)量;勵(lì)磁特性曲線測(cè)量;一次繞組及二次繞組工頻耐壓試驗(yàn)。

(5)封閉母線和中性點(diǎn)聯(lián)箱交流耐壓試驗(yàn)。

(6)勵(lì)磁變?cè)囼?yàn)項(xiàng)目:低電壓短路阻抗試驗(yàn);三相直流電阻測(cè)試(電氣試驗(yàn));絕緣電阻;直流電阻試驗(yàn);鐵心絕緣電阻測(cè)量。

通過全面檢查試驗(yàn)，上述設(shè)備均正常。

3.2 具體防范措施

3.2.1 技術(shù)防范措施

(1)發(fā)電機(jī)引出線罩殼增加氫氣排放點(diǎn)。

(2)檢查廠房?jī)?nèi)氫氣管道嚴(yán)密性，同時(shí)檢查排污管道有無廠房?jī)?nèi)的不適當(dāng)開口。

(3)增加發(fā)電機(jī)出線罩殼及中性點(diǎn)連接箱等部位人工氫氣檢測(cè)的手段。

(4)由于停機(jī)時(shí)發(fā)電機(jī)TV拉至檢修位置，柜門打開，易導(dǎo)致小動(dòng)物入內(nèi)，開機(jī)前應(yīng)認(rèn)真檢查確認(rèn)無小動(dòng)物在柜內(nèi)。

(5)對(duì)TV柜基礎(chǔ)格柵進(jìn)行密封，并做好TV柜及連接倉、中性點(diǎn)接地變柜等的封閉工作，防止小動(dòng)物進(jìn)入。

(6)對(duì)TV柜裸露接線銅排進(jìn)行絕緣防護(hù)處理，提高設(shè)備的絕緣防護(hù)效果。3.2.2組織措施

(1)組織項(xiàng)目部、設(shè)備廠(發(fā)電機(jī)、封閉母線、變壓器廠)、調(diào)試單位、設(shè)計(jì)院、施工單位、監(jiān)理單位、監(jiān)督單位技術(shù)人員組織討論制定方案。

(2)指定質(zhì)量監(jiān)督小組對(duì)質(zhì)量進(jìn)行全面檢查。

4 結(jié)束語

綜上所述，事故教訓(xùn)是深刻的，需要從中吸取教訓(xùn)。為保證設(shè)備能夠安全、可靠運(yùn)行，必須嚴(yán)格按照施工要求和質(zhì)量大綱開展全面工作，不因事小而不為，例如防小動(dòng)物的措施;必須在設(shè)計(jì)、施工、安裝、調(diào)試時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行強(qiáng)制性條文規(guī)定，在質(zhì)量上嚴(yán)格管控，杜絕隱蔽工作驗(yàn)收不到位，確保全過程質(zhì)量合格，才能確保人身和設(shè)備安全。