引言

國華臺山銅鼓發(fā)電廠是廣東地區(qū)一大型主力火力發(fā)電廠,總裝機容量為400萬kWh,對廣東省500kV主網(wǎng)架及220kV主網(wǎng)架起到有力的支撐作用。國華臺電公司600MW機組安裝上海汽輪發(fā)電機有限公司制造的600MW發(fā)電機,配有常州東芝變壓器有限公司生產(chǎn)的720MVA三相一體式主變壓器,以發(fā)變組單元接線方式接在母線。在一期工程2號發(fā)電機組投產(chǎn)發(fā)電后,由于發(fā)電機出口封閉母線套管裂口導致進水,發(fā)電機定子接地跳閘。

1發(fā)電機定子接地原理及應用

1.1發(fā)電機定子接地危害

發(fā)電機繞組和鐵芯之間絕緣容易損壞,特別是單相接地故障占比較高。600MW發(fā)電機定子對地電容很大,因此定子機端發(fā)生故障,就會有較大的電容電流流過。此外,由于接地故障,會產(chǎn)生繞組弧光導致過電壓。如果單相接地,會導致不接地的兩相對地電壓增大,本來沒有接地時發(fā)電機每相對地電壓為相電壓,一相接地后其余兩相對地電壓升高為線電壓。如長期運行,有損壞發(fā)電機絕緣的風險,導致發(fā)電機繞組相間短路故障和繞組匝間短路故障。

1.2定子繞組故障電流允許值

針對中性點不接地的發(fā)電機,其內(nèi)部單相接地,接地電流應在限定值范圍內(nèi)。600MW發(fā)電機由于容量較大,導致接地故障電流也隨之提高?？紤]到防止故障電流損壞定子鐵芯,發(fā)電機裝設(shè)消弧線圈。利用消弧線圈的電感電流和發(fā)電機接地電容電流的相互抵消,把定子單相接地電流限定在安全范圍內(nèi),600MW發(fā)電機接地電流允許值為一般小于1A。

1.3發(fā)電機100%定子單相接地保護(零序電壓＋三次諧波電壓)

發(fā)電機定子繞組采用基波零序電壓作為保護動作值,零序電壓在發(fā)電機機端和發(fā)電機中性點處都可獲得,但在發(fā)電機中性點處存在位移電壓,導致該保護不可避免地在中性點附近存在死區(qū),所以利用零序電壓和三次諧波電壓構(gòu)成100%發(fā)電機定子單相接地保護。發(fā)電機氣隙磁通密度的非正弦分布和受到發(fā)電機鐵芯飽和程度的影響,導致發(fā)電機定子感應電壓除基波外,還會有三次、五次、七次等高次諧波。

發(fā)電機實現(xiàn)100%定子接地保護原理:利用發(fā)電機基波零序電壓可以反應發(fā)電機至少85%以上定子繞組單相接地故障:利用發(fā)電機三次諧波電壓可以反應發(fā)電機中性點到發(fā)電機機端20%以上定子繞組單相接地故障。通過兩者的相互配合,滿足600MW機組發(fā)電機100%定子接地保護的要求。

發(fā)電機基波零序電壓取自發(fā)電機機端PT開口三角形繞組兩端和發(fā)電機中性點PT二次回路,保護接入3U0電壓。

發(fā)電機正常運行時,中性點三次諧波電壓大于機端三次諧波電壓,當中性點0%~50%范圍有接地時,機端三次諧波電壓大于中性點三次諧波電壓。保護參考值取自發(fā)電機中性點和發(fā)電機繞組機端三次諧波電壓。

2發(fā)電機定子接地動作導致跳閘過程描述

事件經(jīng)過:2019一05一27T02:12,2號機組負荷280MW,C、D、E制粉系統(tǒng)運行。220kV升壓站2號機組2202斷路器跳閘,鍋爐MFT,DCS首出為"發(fā)電機跳閘",并聯(lián)鎖汽輪機、汽泵及所有磨煤機、一次風機、送風機、引風機跳閘,檢查2號發(fā)電機A、B套定子零序電壓保護出口動作。

02:12,6kV廠用4段備用電源切換成功。

03:07,汽輪機轉(zhuǎn)速到0,盤車自動投入正常。

3發(fā)電機定子接地動作過程原因分析

3.1故障錄波分析

02:12:54,2號發(fā)電機B套定子零序電壓保護出口動作,保護定值為11V、0.5s,故障時最大零序電壓為36.7V。

02:12:54,2號發(fā)電機A套定子零序電壓保護出口動作,保護定值為11V、0.5s,故障時最大零序電壓為36.7V。

檢查發(fā)變組故障錄波器,故障時發(fā)電出口PT零序電壓與發(fā)電機中性點零序電壓與發(fā)電機保護測量一致,最大接地電流為1.2A,與接地故障現(xiàn)象相符。

根據(jù)檢查結(jié)果,初步判斷發(fā)電機及出口封閉母線存在接地故障,發(fā)電機定子接地保護動作正確。

3.2導致定子接地故障原因分析

將2號發(fā)變組轉(zhuǎn)檢修后,相關(guān)檢查及處理情況:

(1)2019年5月27日01:00一05:00,國華臺山電廠區(qū)域天氣情況為持續(xù)性特大暴雨,并伴隨密集雷暴,江門氣象臺錄得國華臺山電廠2019年5月27日01:00一04:00這3h內(nèi)的降雨量為263.4mm,降雨量過大是導致發(fā)電機封母進水的原因。

(2)測量發(fā)電機定子繞組(帶封閉母線)絕緣為0,拆開發(fā)電機定子出口軟連接,測量發(fā)電機定子繞組絕緣為50MQ,初步判斷發(fā)電機定子繞組無異常。

(3)測量封閉母線側(cè)絕緣為0,判斷故障點位于封閉母線側(cè):逐一打開封閉母線手孔門,發(fā)現(xiàn)2B高廠變高壓側(cè)B相封閉母線盤式絕緣子有積水,其余未見異常。

(4)對封閉母線外觀進行全面檢查,發(fā)現(xiàn)發(fā)電機主封閉母線B相外殼第6節(jié)抱瓦焊縫存在1730mm長的裂紋,存在滲水現(xiàn)象:發(fā)電機主封閉母線A相外殼第6節(jié)抱瓦焊縫存在800mm長的裂紋,存在滲水現(xiàn)象:其余未見異常。

(5)對2號發(fā)電機封閉母線其余焊縫進行著色檢查,未見異常。

(6)2號發(fā)電機主封閉母線B相外殼第6節(jié)抱瓦焊縫產(chǎn)生1730mm長的裂紋,雨水滲漏到封閉母線內(nèi)部,流淌在2B高廠變高壓側(cè)盤式絕緣子上,造成B相閃絡(luò)接地,發(fā)電機定子接地保護動作。

3.3裂紋產(chǎn)生原因分析

(1)2017年12月2號機組A級檢修中,按照封閉母線提供維修說明要求對封閉母線支持絕緣子、盤式絕緣子、封閉母線內(nèi)部進行檢查,對封母外殼焊口、伸縮節(jié)、絕緣子底座及法蘭、盤式絕緣子裝配等密封點進行氣密檢查,并對母線進行交流耐壓試驗,檢查試驗結(jié)果,無異常。

(2)2號發(fā)電機主封閉母線安裝焊縫高度平均7mm,未達到《金屬封閉母線》(GB/T8349一2000)7.10.2"焊縫截面應不小于被焊金屬截面1.25倍(12.5mm)"的要求,并且焊縫存在氧化鋁夾渣、未融合的原始缺陷,一旦形成裂紋就快速發(fā)展。在近期運行過程中頻繁受高溫和持續(xù)性特大雷暴雨天氣影響,封閉母線外殼在熱脹冷縮作用下焊縫應力發(fā)生變化導致開裂。

(3)2號發(fā)電機主封閉母線抱瓦焊縫破壞所在位置兩邊均為高柱支撐,鋼柱基礎(chǔ)與2B高廠變在同一閥板基礎(chǔ)上,理論上不存在明顯沉降差,因沉降差對焊縫破壞的影響沒有具體數(shù)據(jù)支撐,后續(xù)需通過加沉降觀測點進行補充觀測。

3.4發(fā)電機定子接地處理方案

(1)清除2B高廠變高壓側(cè)B相封閉母線盤式絕緣子積水后,封閉母線絕緣恢復正常。

(2)對裂開的焊縫按照封閉母線廠家提供的處理方案重新焊接處理。

(3)對封閉母線處理后進行氣密查漏及淋水試驗檢查,無發(fā)現(xiàn)異常。

(4)拆除主變、高廠變、勵磁變與封閉母線軟連接,封閉母線絕緣測試結(jié)果為:A相113MΩ、B相530MΩ、C相214MΩ。隨后進行51kV/1min交流耐壓試驗正常。

4處理效果分析

成功修補發(fā)電機主封母焊縫,進行氣密查漏和淋水試驗均合格,2號機組啟動正常。后續(xù)觀測效果良好,機組運行正常。

5結(jié)語

南方多雨潮濕,特別是在夏季,降雨量較大,這就給室外發(fā)電機主封母套管防雨性能帶來了考驗。要利用機組大小修和臨修期間,檢查發(fā)電機主封母套管外觀情況,發(fā)現(xiàn)有裂紋及時通過焊接修補,并做好氣密性試驗和淋水試驗,確保裂紋修補驗收合格。如果發(fā)電機發(fā)生定子接地故障,在消除故障點后一定要測量封閉母線絕緣合格和發(fā)電機三相絕緣合格,才允許啟動機組。