孟洲壩發(fā)電廠2號發(fā)電機(jī)多點(diǎn)突發(fā)故障檢修和分析

郎玉波 林波

摘要：針對孟洲壩發(fā)電廠2號水輪發(fā)電機(jī)組多點(diǎn)突發(fā)故障的檢修過程，經(jīng)梳理后進(jìn)行故障分析，為水輪發(fā)電機(jī)組類似故障的檢修和處理問題提供一定的借鑒經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī) 滑環(huán) 勵(lì)磁 定子 干粉滅火器

孟洲壩電廠位于廣東省韶關(guān)市下游12.63km處，是北江干流最上游的一個(gè)梯級電廠，流域面積14720km2，占北江流域總面積的31.5%。孟洲壩電廠是集發(fā)電、防洪、航運(yùn)和改善城市景觀為一體的綜合性低水頭大流量發(fā)電廠。孟洲壩電廠總裝機(jī)容量為4.8MW，全部為泡頭式發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)組為天發(fā)廠生產(chǎn)的SFWG13-72/6430機(jī)組。

一、發(fā)電機(jī)組多點(diǎn)突發(fā)故障搶修記錄

2014年3月26日晚上22點(diǎn)25分，2號機(jī)在開機(jī)起勵(lì)過程時(shí)突然報(bào)差動(dòng)和過勵(lì)停機(jī)，運(yùn)行值班人員立即進(jìn)行例行檢查，發(fā)現(xiàn)2號機(jī)泡頭滑環(huán)罩底部著火，立刻使用泡頭中常備的ABC干粉滅火器滅火成功，2號發(fā)電機(jī)組退出備用待檢查。

2014年3月27日檢修進(jìn)行現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)3點(diǎn)鐘方向正極外環(huán)的一個(gè)碳刷架壓簧插片和負(fù)極外環(huán)有短路痕跡，同時(shí)該碳刷的兩條出線中有一條已經(jīng)燒斷（見圖1）。更換掉故障 碳刷架和碳刷，將滅火劑粉粒和碳粉清潔掉，對轉(zhuǎn)子滑環(huán)對地絕緣進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)接地電阻為0MΩ。將泡頭滑環(huán)罩蓋拆下，將接線電纜、內(nèi)環(huán)、外環(huán)、轉(zhuǎn)子接線板拆離，對各分離部件進(jìn)行檢查。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子接線板絕緣是0.7MΩ（大于等于0.5MΩ即合格）。接線電纜負(fù)極接線絕緣層有破損和起泡現(xiàn)象，使用熱塑絕緣套管處理后測量絕緣值是1.0MΩ。將內(nèi)、外環(huán)所有支架螺絲的絕緣套管和絕緣墊片拆出檢查，對疑是有破損或老化的部分套管進(jìn)行了更換，其余用電器清潔液（四氯化碳）進(jìn)行清洗，安裝后測量正極內(nèi)環(huán)是1.0MΩ、負(fù)極內(nèi)環(huán)是3.0MΩ、正極外環(huán)是1.0MΩ、負(fù)極外環(huán)是0.5MΩ。經(jīng)過檢修處理后各部件已經(jīng)全部合格，組裝后再測絕緣僅有0.3MΩ。再次將各部件分拆，重新檢查處理后又組裝測量，絕緣為0.4MΩ。用電熱風(fēng)槍對內(nèi)、外環(huán)支架螺絲的螺絲頭進(jìn)行加熱除濕，即時(shí)測量絕緣升至1.5MΩ、冷卻后測量絕緣為0.7MΩ并有上升趨勢。至此，轉(zhuǎn)子滑環(huán)接地故障檢修完成。

3月28日凌晨2點(diǎn)。對2號機(jī)組定子吸收比進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)定子繞組對地電阻為0MΩ。決定將2號機(jī)組冷卻風(fēng)機(jī)進(jìn)行循環(huán)通風(fēng)，視通風(fēng)效果再制定下一步檢修計(jì)劃。3月38日早上對2號機(jī)組定子繞組進(jìn)行測量，絕緣值上升到2MΩ。證明通風(fēng)有效果，聯(lián)系26日晚故障停機(jī)時(shí)報(bào)差動(dòng)，說明定字繞組匝間絕緣有問題。上午機(jī)組空轉(zhuǎn)后測量，定子絕緣在1.5MΩ左右。決定采用電流加熱法烘潮，下午3點(diǎn)，使用630直流焊機(jī)對定字繞組A、B相通電，電流380A。之后每隔4小時(shí)對定字繞組絕緣進(jìn)行一次測量，絕緣值都未超過2MΩ。3月29日凌晨1點(diǎn)，測量絕緣值是1.5MΩ。3月29日早上8點(diǎn)50分，定子絕緣值還是1.5MΩ，之后在2號機(jī)定子室加裝了6盞碘鎢燈以加強(qiáng)烘潮效果，同時(shí)檢查檢查了發(fā)電機(jī)定子出線接頭，未發(fā)現(xiàn)問題。每4小時(shí)一次的測量仍然是1.5MΩ。3月29日13點(diǎn)，理解開2號機(jī)泡頭定子繞組中性點(diǎn)銅排上A、B相連接螺絲（見圖2），之后測量A、B相繞組對地絕緣值都升至30MΩ以上，C相還是1.5MΩ。因?yàn)樽蛱祀娏骷訜岱ㄍ娨恢笔茿相和B相，C相未經(jīng)過電流法加熱。之后將焊機(jī)接線接在B、C相上，通電電流410安。每4小時(shí)測量絕緣都未超過2MΩ。23點(diǎn)，將泡頭中性點(diǎn)銅排上C相螺絲解開，再單獨(dú)測量A、B、C相均達(dá)到30MΩ以上。將中性點(diǎn)銅排上連接的PT中性點(diǎn)電纜單獨(dú)測量絕緣也在30MΩ以上。將全部連接電纜重新接回，測量絕緣合格，吸收比在3以上。將中性點(diǎn)銅排用云母帶纏繞好之后，上緊固定中性點(diǎn)銅排的壓板螺絲后再測量，絕緣值又降到1.5MΩ左右。用于固定中性點(diǎn)銅排的壓板由環(huán)氧樹脂絕緣塊加工而成，每塊厚度約50mm共5層，中間鉆孔用螺栓連接。松開壓板螺絲，讓中性點(diǎn)銅排離開壓板絕緣塊后再測量，絕緣和吸收比又恢復(fù)正常值。確定是壓板絕緣塊問題后，將中性點(diǎn)銅排與壓板隔開，壓板螺栓用云母帶纏繞，中性點(diǎn)銅排由發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)連接電纜支撐，2號發(fā)電機(jī)組定子絕緣故障搶修完成。

2號機(jī)準(zhǔn)備開機(jī)。開機(jī)前測量轉(zhuǎn)子絕緣1MΩ以上、定子吸收比5以上。2號機(jī)開機(jī)后，空轉(zhuǎn)開機(jī)2次均因在機(jī)組過速保護(hù)動(dòng)作失敗。再次開機(jī)時(shí)，發(fā)現(xiàn)調(diào)速器柜上機(jī)頻表在機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)后一直顯示為0Hz，同一時(shí)間運(yùn)行層LCU屏上轉(zhuǎn)速信號器顯示正常，當(dāng)調(diào)速器上的機(jī)頻表有顯示時(shí)，機(jī)頻已經(jīng)超過38Hz并且在飛速上升，調(diào)速器接到機(jī)頻信號太遲，關(guān)導(dǎo)葉令還未發(fā)出機(jī)頻已經(jīng)飆升至56Hz以上，過速保護(hù)動(dòng)作，機(jī)組導(dǎo)葉關(guān)閉停機(jī)。之后采用手動(dòng)開機(jī)，調(diào)速器上的機(jī)頻表一直顯示為0，懷疑是機(jī)頻信號線接觸不良，重新緊固各個(gè)端子螺絲后故障依舊。之后將機(jī)頻信號用電纜直接接入調(diào)速器柜，機(jī)頻任然無顯示。懷疑調(diào)速器柜測頻模塊出現(xiàn)故障，為確定測頻模塊的好壞，將其拆下移裝在1號機(jī)調(diào)速器柜，1號機(jī)開機(jī)后調(diào)速器上機(jī)頻顯示正常，測頻模塊故障嫌疑排除。將故障現(xiàn)象詢問調(diào)速器廠家，廠家專家答復(fù)開機(jī)后起勵(lì)即可解決故障。2號機(jī)手動(dòng)開機(jī)后，手動(dòng)零升起勵(lì)，起勵(lì)時(shí)發(fā)現(xiàn)，連運(yùn)行層LCU屏上的轉(zhuǎn)速信號器也一起顯示為0Hz，檢查高壓室2號機(jī)相關(guān)PT柜無異常，再次詢問調(diào)速器廠家，專家答復(fù)是轉(zhuǎn)子失磁引起，對轉(zhuǎn)子進(jìn)行充磁后故障可以解決。將630直流焊機(jī)的正負(fù)極出線與2號機(jī)勵(lì)磁滅磁柜上勵(lì)磁出線正負(fù)極連接上，以86A的電流，充磁15分鐘。其后重新空轉(zhuǎn)開機(jī)，調(diào)速器機(jī)頻顯示正常，手動(dòng)零升起勵(lì)后逆變滅磁再正常開機(jī)，機(jī)組順利并網(wǎng)發(fā)電。

二、故障分析

整個(gè)2號水輪發(fā)電機(jī)組故障搶修歷時(shí)73小時(shí)，因故障點(diǎn)的排查、逐步消缺和維修經(jīng)驗(yàn)缺乏，在檢修過程中走了許多彎路，其后，根據(jù)故障檢修過程出現(xiàn)的現(xiàn)象進(jìn)行歸類分析：

1、滑環(huán)罩蓋底部著火分析

根據(jù)現(xiàn)場痕跡事后分析，應(yīng)該是碳刷壓簧插片卡位處磨損或碳刷架卡位處磨損引起碳刷壓簧插片在機(jī)組開機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)松脫并懸掛在碳刷架上，因?yàn)榛h(huán)正負(fù)極外環(huán)距離較近，壓簧插片與負(fù)極外環(huán)有接觸。起勵(lì)時(shí)，壓簧插片引起勵(lì)磁電流在正、負(fù)極滑環(huán)外環(huán)間短路，短路電流燒熔部分壓簧插片，跌落的熔融金屬殘?jiān)剂嘶h(huán)罩蓋底部的碳粉與機(jī)組滲油混合物。

2、3月26日晚上22點(diǎn)25分2號機(jī)組停機(jī)原因分析

根據(jù)記錄停機(jī)時(shí)報(bào)“2號機(jī)發(fā)電機(jī)差動(dòng)”、“2號機(jī)過勵(lì)限制動(dòng)作”、“2號機(jī)過勵(lì)保護(hù)動(dòng)作”共3項(xiàng)報(bào)警記錄，本人認(rèn)為停機(jī)原因是差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，過勵(lì)是故障停機(jī)引起。且差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作的原因就是2號發(fā)電機(jī)組定子繞組受潮。

3、2號發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子接地原因分析

在3月26日晚2號機(jī)組開機(jī)直到差動(dòng)動(dòng)作停機(jī)過程中沒有報(bào)過“轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地”，說明當(dāng)時(shí)轉(zhuǎn)子絕緣良好。停機(jī)后例行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子滑環(huán)罩蓋底部意外起火，運(yùn)行人員果斷滅火，之后檢修更換故障碳刷和碳刷架再測量時(shí)轉(zhuǎn)子絕緣為0 MΩ，開罩蓋使用各種方法檢修以提高轉(zhuǎn)子絕緣，效果不大，最后是用熱風(fēng)槍加熱干燥后絕緣才上升。轉(zhuǎn)子接地的根源是本廠泡頭常備的干粉式滅火器。本廠常備的ABC干粉滅火器為磷酸二氫銨干粉滅火器。磷酸二氫銨易溶與水，常溫下（ 20℃）在水中的溶解度為37.4g，相對密度 1.80，水溶液呈酸性，PH值為4.3。其水溶液中含有鈉、鐵、鉀金屬和氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽等導(dǎo)電離子。之前韶關(guān)剛好經(jīng)歷了幾次回南天天氣，泡頭內(nèi)空氣濕度較高。滅火之后，細(xì)小的磷酸二氫銨粉末依附在泡頭部分設(shè)備上，這些粉末吸收了空氣中的水份之后，形成細(xì)微的導(dǎo)電膜。之前的各種檢修方法并沒有徹底清潔掉設(shè)備表層的磷酸二氫銨細(xì)微顆粒，直到用熱風(fēng)槍加熱后徹底分解破壞掉其形成的導(dǎo)電膜，絕緣值才恢復(fù)正常。之后2號發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)銅排的環(huán)氧樹脂絕緣壓板絕緣下降，也是干粉滅火器使用后產(chǎn)生的細(xì)微顆粒引起。

三、2號發(fā)電機(jī)故障搶修的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

1、在測量2號發(fā)電機(jī)定子吸收比時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣為0 MΩ，反過來證明差動(dòng)保護(hù)是正常動(dòng)作，當(dāng)時(shí)定子繞組絕緣確實(shí)有問題。接下來制定立即開冷卻風(fēng)機(jī)通風(fēng)排潮方法也很正確，通風(fēng)之后測量絕緣值為2.0MΩ，也說明定子繞組確實(shí)是受潮，通風(fēng)還是有一定的效果。但接下來應(yīng)該立即將泡頭發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)銅排上3相連線螺絲解除，并分開測量發(fā)電機(jī)定子3相繞組的絕緣值，以確定3相繞組之間、3相繞組分別對地絕緣是多少，并根據(jù)數(shù)據(jù)制定下一步檢修方案可以大幅縮減檢修時(shí)間。

2、在定子室內(nèi)安裝碘鎢燈烤潮并不值得推廣，在定子室相對狹小的環(huán)境下，潮濕、滲漏油較多的各種情況，一旦發(fā)生漏電短路和燈管意外爆裂等故障時(shí)極易引發(fā)火災(zāi)。正確的方法是恢復(fù)或改進(jìn)機(jī)組定子室內(nèi)原有的加熱器，使其在需要時(shí)能正常投入。

3、開機(jī)過程中調(diào)速器機(jī)頻無顯示是由于轉(zhuǎn)子失磁造成，為今后故障處理積累了經(jīng)驗(yàn)。

4、實(shí)踐證明干粉滅火器不適合成為潮濕環(huán)境下的我廠發(fā)電機(jī)泡頭常備滅火器。

廣東韶能集團(tuán)股份有限公司孟洲壩發(fā)電廠 廣東 韶關(guān) 512029