600Mw发电机定子接地动作导致跳闸事故分析及处理陈涛

引言

国华台山铜鼓发电厂是广东地区一大型主力火力发电厂,总装机容量为400万kWh,对广东省500kV主网架及220kV主网架起到有力的支撑作用。国华台电公司600MW机组安装上海汽轮发电机有限公司制造的600MW发电机,配有常州东芝变压器有限公司生产的720MVA三相一体式主变压器,以发变组单元接线方式接在母线。在一期工程2号发电机组投产发电后,由于发电机出口封闭母线套管裂口导致进水,发电机定子接地跳闸。

1发电机定子接地原理及应用

1.1发电机定子接地危害

发电机绕组和铁芯之间绝缘容易损坏,特别是单相接地故障占比较高。600MW发电机定子对地电容很大,因此定子机端发生故障,就会有较大的电容电流流过。此外,由于接地故障,会产生绕组弧光导致过电压。如果单相接地,会导致不接地的两相对地电压增大,本来没有接地时发电机每相对地电压为相电压,一相接地后其余两相对地电压升高为线电压。如长期运行,有损坏发电机绝缘的风险,导致发电机绕组相间短路故障和绕组匝间短路故障。

1.2定子绕组故障电流允许值

针对中性点不接地的发电机,其内部单相接地,接地电流应在限定值范围内。600MW发电机由于容量较大,导致接地故障电流也随之提高。考虑到防止故障电流损坏定子铁芯,发电机装设消弧线圈。利用消弧线圈的电感电流和发电机接地电容电流的相互抵消,把定子单相接地电流限定在安全范围内,600MW发电机接地电流允许值为一般小于1A。

1.3发电机100%定子单相接地保护(零序电压＋三次谐波电压)

发电机定子绕组采用基波零序电压作为保护动作值,零序电压在发电机机端和发电机中性点处都可获得,但在发电机中性点处存在位移电压,导致该保护不可避免地在中性点附近存在死区,所以利用零序电压和三次谐波电压构成100%发电机定子单相接地保护。发电机气隙磁通密度的非正弦分布和受到发电机铁芯饱和程度的影响,导致发电机定子感应电压除基波外,还会有三次、五次、七次等高次谐波。

发电机实现100%定子接地保护原理:利用发电机基波零序电压可以反应发电机至少85%以上定子绕组单相接地故障:利用发电机三次谐波电压可以反应发电机中性点到发电机机端20%以上定子绕组单相接地故障。通过两者的相互配合,满足600MW机组发电机100%定子接地保护的要求。

发电机基波零序电压取自发电机机端PT开口三角形绕组两端和发电机中性点PT二次回路,保护接入3U0电压。

发电机正常运行时,中性点三次谐波电压大于机端三次谐波电压,当中性点0%~50%范围有接地时,机端三次谐波电压大于中性点三次谐波电压。保护参考值取自发电机中性点和发电机绕组机端三次谐波电压。

2发电机定子接地动作导致跳闸过程描述

事件经过:2019一05一27T02:12,2号机组负荷280MW,C、D、E制粉系统运行。220kV升压站2号机组2202断路器跳闸,锅炉MFT,DCS首出为"发电机跳闸",并联锁汽轮机、汽泵及所有磨煤机、一次风机、送风机、引风机跳闸,检查2号发电机A、B套定子零序电压保护出口动作。

02:12,6kV厂用4段备用电源切换成功。

03:07,汽轮机转速到0,盘车自动投入正常。

3发电机定子接地动作过程原因分析

3.1故障录波分析

02:12:54,2号发电机B套定子零序电压保护出口动作,保护定值为11V、0.5s,故障时最大零序电压为36.7V。

02:12:54,2号发电机A套定子零序电压保护出口动作,保护定值为11V、0.5s,故障时最大零序电压为36.7V。

检查发变组故障录波器,故障时发电出口PT零序电压与发电机中性点零序电压与发电机保护测量一致,最大接地电流为1.2A,与接地故障现象相符。

根据检查结果,初步判断发电机及出口封闭母线存在接地故障,发电机定子接地保护动作正确。

3.2导致定子接地故障原因分析

将2号发变组转检修后,相关检查及处理情况:

(1)2019年5月27日01:00一05:00,国华台山电厂区域天气情况为持续性特大暴雨,并伴随密集雷暴,江门气象台录得国华台山电厂2019年5月27日01:00一04:00这3h内的降雨量为263.4mm,降雨量过大是导致发电机封母进水的原因。

(2)测量发电机定子绕组(带封闭母线)绝缘为0,拆开发电机定子出口软连接,测量发电机定子绕组绝缘为50MQ,初步判断发电机定子绕组无异常。

(3)测量封闭母线侧绝缘为0,判断故障点位于封闭母线侧:逐一打开封闭母线手孔门,发现2B高厂变高压侧B相封闭母线盘式绝缘子有积水,其余未见异常。

(4)对封闭母线外观进行全面检查,发现发电机主封闭母线B相外壳第6节抱瓦焊缝存在1730mm长的裂纹,存在渗水现象:发电机主封闭母线A相外壳第6节抱瓦焊缝存在800mm长的裂纹,存在渗水现象:其余未见异常。

(5)对2号发电机封闭母线其余焊缝进行着色检查,未见异常。

(6)2号发电机主封闭母线B相外壳第6节抱瓦焊缝产生1730mm长的裂纹,雨水渗漏到封闭母线内部,流淌在2B高厂变高压侧盘式绝缘子上,造成B相闪络接地,发电机定子接地保护动作。

3.3裂纹产生原因分析

(1)2017年12月2号机组A级检修中,按照封闭母线提供维修说明要求对封闭母线支持绝缘子、盘式绝缘子、封闭母线内部进行检查,对封母外壳焊口、伸缩节、绝缘子底座及法兰、盘式绝缘子装配等密封点进行气密检查,并对母线进行交流耐压试验,检查试验结果,无异常。

(2)2号发电机主封闭母线安装焊缝高度平均7mm,未达到《金属封闭母线》(GB/T8349一2000)7.10.2"焊缝截面应不小于被焊金属截面1.25倍(12.5mm)"的要求,并且焊缝存在氧化铝夹渣、未融合的原始缺陷,一旦形成裂纹就快速发展。在近期运行过程中频繁受高温和持续性特大雷暴雨天气影响,封闭母线外壳在热胀冷缩作用下焊缝应力发生变化导致开裂。

(3)2号发电机主封闭母线抱瓦焊缝破坏所在位置两边均为高柱支撑,钢柱基础与2B高厂变在同一阀板基础上,理论上不存在明显沉降差,因沉降差对焊缝破坏的影响没有具体数据支撑,后续需通过加沉降观测点进行补充观测。

3.4发电机定子接地处理方案

(1)清除2B高厂变高压侧B相封闭母线盘式绝缘子积水后,封闭母线绝缘恢复正常。

(2)对裂开的焊缝按照封闭母线厂家提供的处理方案重新焊接处理。

(3)对封闭母线处理后进行气密查漏及淋水试验检查,无发现异常。

(4)拆除主变、高厂变、励磁变与封闭母线软连接,封闭母线绝缘测试结果为:A相113MΩ、B相530MΩ、C相214MΩ。随后进行51kV/1min交流耐压试验正常。

4处理效果分析

成功修补发电机主封母焊缝,进行气密查漏和淋水试验均合格,2号机组启动正常。后续观测效果良好,机组运行正常。

5结语

南方多雨潮湿,特别是在夏季,降雨量较大,这就给室外发电机主封母套管防雨性能带来了考验。要利用机组大小修和临修期间,检查发电机主封母套管外观情况,发现有裂纹及时通过焊接修补,并做好气密性试验和淋水试验,确保裂纹修补验收合格。如果发电机发生定子接地故障,在消除故障点后一定要测量封闭母线绝缘合格和发电机三相绝缘合格,才允许启动机组。