浅议QFSN-660-2型发电机定子接地故障分析与处理

周 杰

(大唐环境产业集团，北京海淀 100074)

0 引言

2014年某日12时，华中电网某发电厂，新近安装的一台哈电公司生产的QFSN-660-2型汽轮发电机，D号(QFSN-660-2型)发电机组有功647 MW，无功210 MVar，主汽压力24.7 MPa，主汽温度600 ℃，B、C、D、E、F五台磨运行，500 kV升压站及其他系统运行正常。

当日12时00分09秒，发变组保护“定子接地保护”动作，主开关跳闸(500 kV升压站为3/2接线方式，主开关为5022和5023开关)，励磁开关跳闸(Q2)，汽轮机跳闸，锅炉MFT；6 kV厂用电切换正常，联启大机交流润滑油泵(BOP)、交流密封油泵(SOB)正常。

12时38分汽轮机转速到零，盘车投运。

1 原因分析

1.1 保护动作分析

(1)发变组保护A、B柜两套保护装置同时动作，均为“发电机定子接地保护基波零序电压高值”出口。经分析保护动作值大于定值，保护动作正确。动作值及定值见下表1：

表1 保护动作值及定值

(2)对发变组故障录波曲线进行分析，保护动作前发电机机端A、B相电压升高，二次值为：94 V、90 V，相位差约60°，C相二次电压降低至14 V，分析判断与单相接地故障波形一致。

通过对两套保护动作情况和发变组故障录波波形分析，判断为发电机发生C相定子接地故障。

1.2 事故后设备检查

专业技术人员在现场全面检查，主要检查结果如下：

(1)检查跳闸前的电压、电流、铁心温度、线棒温度、出水温度及发电机辅助设备的运行记录等，无异常参数，初步判断为突发性内部故障。

(2)将发电机首、尾端软连接拆除后，测量发电机绝缘为：A相55 MΩ、B相35 MΩ、C相0 MΩ，测量发电机外侧(主变侧)绝缘为：700 MΩ，确认发电机侧C相发生接地故障。

(3)通过人孔进入发电机内部对端部可见部分进行内检，未发现明显故障点。

分析判断为发电机C相定子线棒发生接地故障。

1.3 发电机抽转子后检查

发电机抽出转子进行全面检查，结果如下：

(1)铁心明显烧蚀部位有4处，均为汽侧铁心端部，分别为：34和35槽间铁心、22和23槽间铁心、19和20槽间铁心、10和11槽间铁心，其中34和35槽间铁心烧蚀最为严重，深度已达18 mm，已损伤34槽上层线棒绝缘，34槽上层线棒为发电机C相线棒。见图1。

图1 铁心烧蚀部位示意图

(2)发电机汽侧端部阶梯段铁心通风槽钢断裂5处：34和35槽间、35和36槽间、23和24槽间、19和20槽间、10和11槽间。

(3)转子表面汽侧半段有斑点，判断为烧蚀的铁心碎片打击所致。

本次故障的原因为发电机铁心松动引起，铁心松动的原因与生产厂商生产过程中质量控制出现问题有关。

主要是装配过程中质量控制出现问题。定子接地故障原因是发电机定子铁心松动、烧损，进而将定子线棒绝缘损坏、接地。

2 事故设备修复措施

2.1 主要由电机厂组织人员对故障发电机进行修复。更换了34槽线棒；对松动铁心采用插入云母片隔断处理；对汽端边段铁心通风槽钢断裂部位，进行清理后镶嵌入环氧玻璃布板固化处理；用专用液压拉伸器对发电机定子铁心螺杆进行了整体拉伸。

2.2 预防事故技术措施

设备修复处理过程中严把质量关，采取的防范措施具体见下。

2.2.1 对定子膛内进行整体情况检查，清理烧蚀的铁心，对损坏的部位采取防范措施，并先后进行了八次铁损试验。

第1次：试验2 min，最高温度125 ℃，对高点用插入云母片隔断处理。

第2次：试验15 min，铁心温度高点处理19处，最高温度105 ℃，对高点用插入云母片隔断处理。

第3次：试验32 min，铁心温度高点处理22处，最高点100 ℃，对高点用插入云母片隔断处理。

第4次：试验60 min，铁心温度高点处理9处，最高点61 ℃，同时对动态振动情况检测良好(厂家借助铁损试验进行，报告未提供)，对高点用插入云母片隔断处理。

第5次：试验60 min，铁心温度高点处理11处，最高点56 ℃，对高点用插入云母片隔断处理。

第6次：试验60 min，铁心温度高点处理7处，最高点50 ℃，对高点用插入云母片隔断处理，同时修复铁心烧损部位及通风槽钢。定子34、35槽线棒之间边段铁心烧蚀部分镶嵌假齿，并用绝缘胶固定，用环氧板打入固定方法修复断裂通风槽钢。对定子汽端端部边段铁心用紧量刀检查处理，并对松动部分进行处理；对定子端部边段铁心整体刷HEC-51106胶进行固定，用拉伸器在汽端对定子铁心穿心螺杆逐条进行拉伸并紧固，汽端12点钟位置左侧为第一条，再左侧为第二条，依次进行检查，共42条。

第7次：试验60 min，铁心温度高点处理3处，最高点51 ℃，对高点用插入云母片隔断处理。

第8次：试验60 min，最高点47 ℃，定子膛温度35 ℃，起始温度31 ℃，整体温升15 ℃、温差12 ℃。满足国标要求(整体温升不大于25 ℃，温差不大于15 ℃)。

2.2.2 对铁心烧损严重部位采取的措施。

对34和35槽间烧蚀最严重的铁心进行处理，先清除烧蚀的部位，然后插入云母片进行绝缘处理，再用环氧板镶嵌处理，如图2所示。

图2 烧损铁心的处理

2.2.3 发电机铁心通风槽钢断裂采取的措施。

对断裂部位进行清理后镶嵌入环氧玻璃布板固化处理，如图3所示。

图3 断裂通风槽钢的处理

2.2.4 防止铁心松动采取的措施一：铁心穿心和定位筋螺栓紧力检查处理，直至符合厂家标准。

用专用液压拉伸器对发电机定子铁心进行整体拉伸2次，第二次数据如下(厂家标准：铁心穿心螺杆压力1 700 bar，对应拉伸器为2.36×105N；定位筋螺杆压力为800 bar，对应拉伸器为1.57×105N)。

2.2.5 防止铁心松动采取的措施二：紧量刀检查验证。

铁心松动主要集中在汽端铁心，处理后的铁心松动情况均满足厂家标准(紧量刀插入不大于3 mm)。

2.2.6 槽楔松动检查验证：修前硬度检查，问题集中在汽、励端端部并进行处理。

2.2.7 修后预试验证

试验满足预试规程标准要求，报告如下：

(1)定子转子直流电阻(标准：与上次大修结果比较，不超过2%)，见表2。

表2 定子转子直流电阻

(2)定子转子绝缘电阻(标准：不小于0.5 MΩ)，见表3。

表3 定子转子绝缘电阻

(3)定子直流耐压(总电流mA/泄漏电流μA)(标准：2.5Un下，各相泄漏电流的差别不应大于最小值的100%)，见表4。

(4)定子交流耐压(标准：加1.5Un、1 min通过)，见表5。

(5)转子交流阻抗(标准：与历年比不应有明显变化)，见表6。

表4 定子直流耐压

表5 定子交流耐压

表6 转子交流阻抗

经上述各试验项目的试验，与历次试验数据比较，未发现异常,试验合格。

3 事故防范组织措施

3.1 集团要求各企业全面排查、综合治理，杜绝同类事件再次发生。召开专业会议，全面梳理发电机当前存在的问题，分析制定治理计划和防范措施。针对使用的哈电发电机，对历次检修发现和处理的问题进行总结，对历次试验的数据进行比对，结合兄弟企业通报的同类型机组发生的问题进行讨论，分析自身使用的发电机还存在何种隐患，制定防范措施，防止运行中发生设备损坏事故。其他企业参照上述条款执行。

3.2 要求未按照《某集团发电机组定子现场检查规范》等文件要求，检查文件要求制定检查计划，尽快安排抽转子检查，与哈电厂专业人员一同按照《某公司机组定子现场检查规范》进行检查，同时将定子线棒水电接头盒焊缝泄漏列为重点检查内容，双方逐项签字确认，杜绝以包代管。

3.3 针对本次事故，集团组织召开发电机专业会议，电科院专业人员参加会议，对系统内逐台发电机的历次检查发现的问题进行了分析、讨论，各企业要利用检修机会，结合近几年公司发电机专家组通报的问题对发电机进行全面检查，特别是检查铁心紧固情况、有无过热痕迹、进油、漏氢等，及时发现和处理隐患。

3.4 要重视运行机组的设备点检工作，落实《防止电力生产事故的二十五项重点要求》(国能安全〔2014〕161号)中相关要求，加强发电机绝缘过热监测装置、铁心温度、绕组温度、继电保护测量数据等分析。