引言

國(guó)華臺(tái)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(jī)容量為400萬kWh,對(duì)廣東省500kV主網(wǎng)架及220kV主網(wǎng)架起到有力的支撐作用。國(guó)華臺(tái)電公司600MW機(jī)組安裝上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司制造的600MW發(fā)電機(jī),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(hào)發(fā)電機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電后,由于發(fā)電機(jī)出口封閉母線套管裂口導(dǎo)致進(jìn)水,發(fā)電機(jī)定子接地跳閘。

1發(fā)電機(jī)定子接地原理及應(yīng)用

1.1發(fā)電機(jī)定子接地危害

發(fā)電機(jī)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(jī)定子對(duì)地電容很大,因此定子機(jī)端發(fā)生故障,就會(huì)有較大的電容電流流過。此外,由于接地故障,會(huì)產(chǎn)生繞組弧光導(dǎo)致過電壓。如果單相接地,會(huì)導(dǎo)致不接地的兩相對(duì)地電壓增大,本來沒有接地時(shí)發(fā)電機(jī)每相對(duì)地電壓為相電壓,一相接地后其余兩相對(duì)地電壓升高為線電壓。如長(zhǎng)期運(yùn)行,有損壞發(fā)電機(jī)絕緣的風(fēng)險(xiǎn),導(dǎo)致發(fā)電機(jī)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(duì)中性點(diǎn)不接地的發(fā)電機(jī),其內(nèi)部單相接地,接地電流應(yīng)在限定值范圍內(nèi)。600MW發(fā)電機(jī)由于容量較大,導(dǎo)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(jī)裝設(shè)消弧線圈。利用消弧線圈的電感電流和發(fā)電機(jī)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(jī)接地電流允許值為一般小于1A。

1.3發(fā)電機(jī)100%定子單相接地保護(hù)(零序電壓＋三次諧波電壓)

發(fā)電機(jī)定子繞組采用基波零序電壓作為保護(hù)動(dòng)作值,零序電壓在發(fā)電機(jī)機(jī)端和發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)處都可獲得,但在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)處存在位移電壓,導(dǎo)致該保護(hù)不可避免地在中性點(diǎn)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(jī)定子單相接地保護(hù)。發(fā)電機(jī)氣隙磁通密度的非正弦分布和受到發(fā)電機(jī)鐵芯飽和程度的影響,導(dǎo)致發(fā)電機(jī)定子感應(yīng)電壓除基波外,還會(huì)有三次、五次、七次等高次諧波。

發(fā)電機(jī)實(shí)現(xiàn)100%定子接地保護(hù)原理:利用發(fā)電機(jī)基波零序電壓可以反應(yīng)發(fā)電機(jī)至少85%以上定子繞組單相接地故障:利用發(fā)電機(jī)三次諧波電壓可以反應(yīng)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)到發(fā)電機(jī)機(jī)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(jī)組發(fā)電機(jī)100%定子接地保護(hù)的要求。

發(fā)電機(jī)基波零序電壓取自發(fā)電機(jī)機(jī)端PT開口三角形繞組兩端和發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)PT二次回路,保護(hù)接入3U0電壓。

發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí),中性點(diǎn)三次諧波電壓大于機(jī)端三次諧波電壓,當(dāng)中性點(diǎn)0%~50%范圍有接地時(shí),機(jī)端三次諧波電壓大于中性點(diǎn)三次諧波電壓。保護(hù)參考值取自發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)和發(fā)電機(jī)繞組機(jī)端三次諧波電壓。

2發(fā)電機(jī)定子接地動(dòng)作導(dǎo)致跳閘過程描述

事件經(jīng)過:2019一05一27T02:12,2號(hào)機(jī)組負(fù)荷280MW,C、D、E制粉系統(tǒng)運(yùn)行。220kV升壓站2號(hào)機(jī)組2202斷路器跳閘,鍋爐MFT,DCS首出為"發(fā)電機(jī)跳閘",并聯(lián)鎖汽輪機(jī)、汽泵及所有磨煤機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、送風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī)跳閘,檢查2號(hào)發(fā)電機(jī)A、B套定子零序電壓保護(hù)出口動(dòng)作。

02:12,6kV廠用4段備用電源切換成功。

03:07,汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速到0,盤車自動(dòng)投入正常。

3發(fā)電機(jī)定子接地動(dòng)作過程原因分析

3.1故障錄波分析

02:12:54,2號(hào)發(fā)電機(jī)B套定子零序電壓保護(hù)出口動(dòng)作,保護(hù)定值為11V、0.5s,故障時(shí)最大零序電壓為36.7V。

02:12:54,2號(hào)發(fā)電機(jī)A套定子零序電壓保護(hù)出口動(dòng)作,保護(hù)定值為11V、0.5s,故障時(shí)最大零序電壓為36.7V。

檢查發(fā)變組故障錄波器,故障時(shí)發(fā)電出口PT零序電壓與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)零序電壓與發(fā)電機(jī)保護(hù)測(cè)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(jī)及出口封閉母線存在接地故障,發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動(dòng)作正確。

3.2導(dǎo)致定子接地故障原因分析

將2號(hào)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(guó)華臺(tái)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(tái)錄得國(guó)華臺(tái)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(dǎo)致發(fā)電機(jī)封母進(jìn)水的原因。

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

(3)測(cè)量封閉母線側(cè)絕緣為0,判斷故障點(diǎn)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(duì)封閉母線外觀進(jìn)行全面檢查,發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)主封閉母線B相外殼第6節(jié)抱瓦焊縫存在1730mm長(zhǎng)的裂紋,存在滲水現(xiàn)象:發(fā)電機(jī)主封閉母線A相外殼第6節(jié)抱瓦焊縫存在800mm長(zhǎng)的裂紋,存在滲水現(xiàn)象:其余未見異常。

(5)對(duì)2號(hào)發(fā)電機(jī)封閉母線其余焊縫進(jìn)行著色檢查,未見異常。

(6)2號(hào)發(fā)電機(jī)主封閉母線B相外殼第6節(jié)抱瓦焊縫產(chǎn)生1730mm長(zhǎng)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(jī)定子接地保護(hù)動(dòng)作。

3.3裂紋產(chǎn)生原因分析

(1)2017年12月2號(hào)機(jī)組A級(jí)檢修中,按照封閉母線提供維修說明要求對(duì)封閉母線支持絕緣子、盤式絕緣子、封閉母線內(nèi)部進(jìn)行檢查,對(duì)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(diǎn)進(jìn)行氣密檢查,并對(duì)母線進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn),檢查試驗(yàn)結(jié)果,無異常。

(2)2號(hào)發(fā)電機(jī)主封閉母線安裝焊縫高度平均7mm,未達(dá)到《金屬封閉母線》(GB/T8349一2000)7.10.2"焊縫截面應(yīng)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(yùn)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(yīng)力發(fā)生變化導(dǎo)致開裂。

(3)2號(hào)發(fā)電機(jī)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?cè)谕婚y板基礎(chǔ)上,理論上不存在明顯沉降差,因沉降差對(duì)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(cè)點(diǎn)進(jìn)行補(bǔ)充觀測(cè)。

3.4發(fā)電機(jī)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(fù)正常。

(2)對(duì)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(duì)封閉母線處理后進(jìn)行氣密查漏及淋水試驗(yàn)檢查,無發(fā)現(xiàn)異常。

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

4處理效果分析

成功修補(bǔ)發(fā)電機(jī)主封母焊縫,進(jìn)行氣密查漏和淋水試驗(yàn)均合格,2號(hào)機(jī)組啟動(dòng)正常。后續(xù)觀測(cè)效果良好,機(jī)組運(yùn)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(jī)主封母套管防雨性能帶來了考驗(yàn)。要利用機(jī)組大小修和臨修期間,檢查發(fā)電機(jī)主封母套管外觀情況,發(fā)現(xiàn)有裂紋及時(shí)通過焊接修補(bǔ),并做好氣密性試驗(yàn)和淋水試驗(yàn),確保裂紋修補(bǔ)驗(yàn)收合格。如果發(fā)電機(jī)發(fā)生定子接地故障,在消除故障點(diǎn)后一定要測(cè)量封閉母線絕緣合格和發(fā)電機(jī)三相絕緣合格,才允許啟動(dòng)機(jī)組。