天生橋一級(jí)水電站1號(hào)發(fā)電機(jī)事故分析

1、天生橋一級(jí)水電站天生橋一級(jí)水電站1號(hào)發(fā)電機(jī)事故分析號(hào)發(fā)電機(jī)事故分析摘要：分析了天生橋一級(jí)水電站1號(hào)發(fā)電機(jī)定子線棒絕緣擊穿事故及其原因，提出了加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)管理；改進(jìn)發(fā)電機(jī)定子繞組分支間的連接結(jié)構(gòu)；在發(fā)電機(jī)加裝在線監(jiān)測(cè)裝置等幾項(xiàng)預(yù)防措施。這些措施對(duì)加強(qiáng)設(shè)備管理有現(xiàn)實(shí)意義，可供同行借鑒。關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)；定子繞組；線棒；絕緣擊穿；事故天生橋一級(jí)水電站位于南盤江上游，貴州安龍和廣西隆林的界河上，裝有4臺(tái)單機(jī)容量為300MW的水輪發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)額

2、定電壓為18kV，額定電流為10997A，絕緣等級(jí)為F級(jí)，勵(lì)磁方式采用自并激晶閘管勵(lì)磁，由哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)制造。電氣主接線采用機(jī)組－主變壓器－線路的接線方式，機(jī)組的并網(wǎng)點(diǎn)為主變壓器高壓開關(guān)。1～4號(hào)機(jī)組分別于2000年12月、2000年9月、1999年12月和1998年12月投產(chǎn)，2002年10月13日，1號(hào)發(fā)電機(jī)在正常運(yùn)行中突然發(fā)生事故，前后運(yùn)行不到2年。1事故經(jīng)過(guò)及損壞情況1.1事故發(fā)生事故前，1號(hào)機(jī)組帶有功負(fù)荷260M

3、W，無(wú)功負(fù)荷30Mvar，正常運(yùn)行，定子線圈溫度、定子電流、機(jī)組振動(dòng)擺度等運(yùn)行參數(shù)無(wú)異常指示。2002年10月13日17時(shí)57分，機(jī)組突然發(fā)生事故，繼電保護(hù)動(dòng)作，跳開主變壓器高壓開關(guān)及機(jī)組勵(lì)磁開關(guān)，造成機(jī)組完全停機(jī)。1.2事故結(jié)論當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)上位機(jī)出現(xiàn)下列主要信號(hào)：發(fā)變組不完全保護(hù)（Ⅰ）動(dòng)作；發(fā)電機(jī)縱差動(dòng)作；電氣事故（Ⅰ）；電氣事故（Ⅱ）；斷路器保護(hù)盤動(dòng)作；斷路器CB1分閘；發(fā)電機(jī)橫差保護(hù)（Ⅱ）動(dòng)作；發(fā)電機(jī)橫差保護(hù)（Ⅰ）動(dòng)作；轉(zhuǎn)速大于11

4、5％?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，發(fā)電機(jī)上機(jī)架有2塊蓋板因氣浪錯(cuò)位，冒出濃煙，但機(jī)坑內(nèi)已無(wú)明火，進(jìn)入機(jī)坑檢查，見(jiàn)到－Y方向靠近中性點(diǎn)處多根定子線棒的下端部燒損嚴(yán)重，但定子鐵心完好，靠近故障點(diǎn)處轉(zhuǎn)子磁極表面有許多黑色灰燼，但沒(méi)有明顯的燒壞痕跡，地下留下許多灰燼，未發(fā)現(xiàn)有轉(zhuǎn)動(dòng)部件甩出，在機(jī)組勵(lì)磁室還發(fā)現(xiàn)滅磁電阻柜有起火熏黑痕擊穿造成的短路事故。1.3事故現(xiàn)象進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，有8根線棒燒毀，與之相鄰的多根線棒有不同程度燒損，需拆下70根線棒（其中上層線棒5

5、0根，下層線棒20根）并做更換或修復(fù)處理。有4個(gè)轉(zhuǎn)子磁極各匝間交流匝壓分布很不均勻，3串滅磁非線性電阻燒毀，但發(fā)電機(jī)封閉母線、主變壓器高低壓側(cè)和廠用變壓器高壓側(cè)線圈均未變形，包括220kVGIS主觸頭接觸電阻在內(nèi)的各項(xiàng)測(cè)試結(jié)果正常，其它相關(guān)一次設(shè)備和機(jī)械設(shè)備正常。2事故原因分析2.1定子線棒下端漸伸線部分燒壞2.1.1事故發(fā)展過(guò)程此次事故源于定子下端335號(hào)槽下層線棒與328號(hào)槽上層線棒間的甲點(diǎn)位置上（見(jiàn)圖1）。U相2，3分支間在336

6、kV電壓下短路燃弧，形成U相的匝間短路，發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)87G、發(fā)電機(jī)變壓器組差動(dòng)保護(hù)87GT及發(fā)電機(jī)橫差保護(hù)Ⅱ612G同時(shí)啟動(dòng)，其中橫差保護(hù)需經(jīng)02s延時(shí)出口。故障點(diǎn)與上下層線棒槽號(hào)及電壓關(guān)系對(duì)照見(jiàn)表1。甲點(diǎn)起弧后，電弧和被電弧燃熔的金屬蒸氣瞬間向上噴射，因向上的冷卻氣流和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)同時(shí)作用，電弧實(shí)際略偏右向上噴射，約79ms后擴(kuò)展，使乙點(diǎn)329號(hào)上層線棒與板空氣密封罩沿圓周圍成環(huán)狀，用以固定擋風(fēng)橡膠密封圈，實(shí)地勘察認(rèn)為，異物難有運(yùn)轉(zhuǎn)落入

7、，或停機(jī)時(shí)落入甲點(diǎn)的可能。由于定子繞組是四分支的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，分支間均采用中頻焊以固定連接，三相中性線也采用中頻焊焊死，常規(guī)大、小修及預(yù)防性試驗(yàn)，僅能作三相整體對(duì)地的泄漏和其他絕緣試驗(yàn)，無(wú)法分相，更無(wú)法分支進(jìn)行試驗(yàn)，所以在故障的早期無(wú)法通過(guò)預(yù)試等監(jiān)測(cè)。運(yùn)行中定子鐵心或線棒檢溫計(jì)完全無(wú)法反應(yīng)該點(diǎn)的任何溫度變化，該處故障在最后發(fā)展為短路事故前，運(yùn)行中無(wú)任何先兆顯示，沒(méi)有任何監(jiān)測(cè)手段。在調(diào)查分析中，還考慮到轉(zhuǎn)子下?lián)躏L(fēng)板碰擦擋風(fēng)用的橡膠密封圈高溫或

8、燃燒導(dǎo)致事故的可能。取橡膠密封圈實(shí)物并用砂輪機(jī)打磨，進(jìn)行模擬試驗(yàn)，實(shí)際的試驗(yàn)結(jié)果確切地否定了這一可能性。22轉(zhuǎn)子繞組匝間短路1號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子共44個(gè)磁極，每個(gè)磁極繞組為26匝。當(dāng)事故發(fā)展至乙點(diǎn)并發(fā)生擊穿，造成V，W相間兩相短路時(shí)，轉(zhuǎn)子繞組遭受巨大的負(fù)序沖擊過(guò)電壓，5號(hào)磁極和42號(hào)磁極匝間的絕緣瞬間被擊穿。經(jīng)更換擊穿點(diǎn)處的匝間絕緣層，主絕緣和匝間絕緣均已恢復(fù)原有的絕緣強(qiáng)度。6號(hào)和22號(hào)磁極繞組的表面，曾因受到定子甲～丁點(diǎn)短路燃弧時(shí)，金屬蒸氣的噴

9、附，也曾呈現(xiàn)同一磁極繞組各匝間交流匝壓分布很不均勻的現(xiàn)象，經(jīng)仔細(xì)徹底清理后立即恢復(fù)，此兩磁極也和所有磁極繞組一樣，其交流匝壓分布規(guī)律基本一致。轉(zhuǎn)子各極的交流阻抗普遍比交接時(shí)升高，個(gè)別升高幅度較大。這一現(xiàn)象不是匝間短路故障也不是磁路磁阻變化引起的不對(duì)稱，可能是施加測(cè)試電流大小的影響和極靴上阻尼條與阻尼環(huán)接觸性能變化的影響。大小修時(shí)應(yīng)注意從外觀檢查阻尼條與阻尼環(huán)接觸的狀態(tài)。23勵(lì)磁回路滅磁電阻柜閃絡(luò)有明顯痕跡表明，在轉(zhuǎn)子承受負(fù)序沖擊時(shí)，過(guò)壓

10、保護(hù)計(jì)數(shù)器顯示轉(zhuǎn)子繞組側(cè)的過(guò)壓保護(hù)曾正確動(dòng)作，但滅磁電阻柜中1－5FR單元與2－5FR單元的正、負(fù)極間發(fā)生閃絡(luò)放電，并留有明顯放電痕跡，1－5FR單元和1－4FR單元中各有一串非線性電阻的聯(lián)接導(dǎo)線被燒斷。故障后，雖經(jīng)處理均已恢復(fù)正常，但柜中的結(jié)構(gòu)布置應(yīng)作改進(jìn)，改變兩單元正負(fù)極間距離不小于10mm的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。這一結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀很容易導(dǎo)致在較大轉(zhuǎn)子電流斷開滅磁開關(guān)時(shí)都產(chǎn)生閃絡(luò)等故障，尤其在強(qiáng)勵(lì)不成功滅磁時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致更大的損壞，應(yīng)予以改進(jìn)。3改進(jìn)

11、措施以下工作是今后必須注意的：a）應(yīng)逐步完善轉(zhuǎn)子在膛內(nèi)時(shí)電機(jī)本體的各項(xiàng)基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)檔案，為今后在相同條件下的比較鑒別提供依據(jù)。b）在大、小修及任何施工時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)機(jī)組各關(guān)鍵部位的防護(hù)，措施必須明確、有效并認(rèn)真貫徹執(zhí)行，注意徹底清理機(jī)內(nèi)、機(jī)外、蓋板搭縫處有關(guān)的死角，不許殘留任何金屬異物和讓渣滓進(jìn)入風(fēng)洞或發(fā)電機(jī)膛，必須嚴(yán)格履行關(guān)于工具、零備件、材料等進(jìn)出的登記清理手續(xù)，嚴(yán)防帶入手表、鋼筆、硬幣……等非維修用物。c）滅磁電阻柜內(nèi)的元件排列、結(jié)