新庄孜发电厂#2发电机定子接地故障剖析

葛修军

(淮南矿业集团电力公司，安徽 淮南 232072)

1 设备概况

安徽淮南矿业集团电力公司新庄孜发电厂现有2×135MW纯凝火力发电机组，采用典型的发电机－变压器组接线，主变压器高压侧接入220 kV双母线系统，通过2条220kV线路接入华东电网。#2发电机为济南发电设备厂提供的WX21Z－073LLT型空冷汽轮发电机，发电机额定容量，158.8MV·A;额定功率，135MW;额定电压，13.8 kV;功率因数，0.85;频率，50 Hz;绝缘，F级;进风温度，低于或等于40℃。定子槽数Z1=42，线棒截面尺寸:槽部为45.0 mm×59.3 mm，端部为46.2 mm×54.3 mm(测量值);线棒主绝缘厚度设计值为5.4 mm。2009－11－29，#2发电机安装完毕，2010－01－13，通过168 h试运行后正式投入生产。自投产至2012年7月15日事故停机，#2发电机累计运行12130 h，发电量1455.678 GW·h。机组启、停机15次(启动:调试期间9次，正式投产后6次;停机:调试期间8次，正式投产后7次)。

2 事故过程

2012－07－15 T 09:33，运行监盘人员发现#2机组负荷从134 MW突然降至零，检查发电组出口主开关跳闸，厂用电切换正常;汽轮机跳闸，转速下降，旁路开启，检查各抽汽逆止门关闭，#2锅炉紧急压火，汽轮机紧急停机。检查汽轮机危急跳闸系统ETS(Emergency Trip System)跳闸首出为“发电机跳闸”，检查发电机保护屏显示为定子接地保护动作(DGT801:发电机3U0定子接地，CPUA和 CPUB 2套保护均动作)。电气二次班检查#2发电机故障录波图显示故障时A相电压降低，B，C相电压上升，中性点N相电压升高，二次电压分别为UA=31.9 V，UB=68.9 V，UC=77.7 V，UN=29.7 V(发电机 PT变比为13.8 kV∶100 V，折算为发电机一次电压分别为:UA=4.4 kV;UB=9.5 kV;UC=10.7 kV;UN=4.1 kV)，故障现象显示为A相接地。运行、检修人员立即采用逐步排除法进行了故障查找，电气运行人员立即对#2发电机本体及引出线、#2主变压器本体、气体绝缘金属封闭开关(GIS)本体等进行了外观检查，未发现异常。随后进入#2发电机空冷室检查，未发现异常情况。2012－07－15 T 10:10，电气运行人员测试#2发电机绝缘为2.8kΩ，根据电气二次人员提供的保护录波数据，笔者初步判断为发电机－变压器组系统A相接地。10:40，电气检修人员采取了逐步排除法解开了发电机与封闭母线之间的连接，测封闭母线和发电机侧的绝缘分别为500 MΩ和2.8 kΩ;11:20，解开#2发电机中性点软连接，测 A，B，C 相绝缘分别为2.8 kΩ，400 MΩ，400 MΩ;判断为发电机定子线圈A相接地;12:40，打开发电机励、汽端大端盖检查发电机端部引出线无异常，进一步确定了A相定子接地故障点位于发电机内部;由于当时汽轮机停机属于紧急停机，再加上当时气温较高(32℃)，所以，不能立即安排抽发电机转子进行检修。2012－07－29，发电机转子抽出后，济南发电设备厂技术人员采用瞬时电流法和二分法等一系列试验，查出故障点位于A相定子线圈，铁芯(励端看)10点位置上层线棒出槽口处击穿，如图1所示。

2012－07－31，将故障点绑绳解开;2012－08－01，清理击穿点周围碳化物，进一步清理绝缘并打坡口，后发现故障线圈有一黄豆大小的坑，击穿点直径约5 mm，深度约3 mm，如图2所示。

2012－08－01，#2发电机定子接故障点找出后，新庄孜发电厂积极组织济南发电设备厂、田家庵发电厂维修公司、新庄孜电厂设备管部有关人员对#2发电机开展了紧张的抢修、恢复工作。处理程序:查找故障点→拆开两端端部气封→清理击穿点周围碳化物→清除绝缘并打坡口→击穿点绝缘修复→端部绑扎→灌胶→局部烘干→端部清理→电气试验。针对每道工序，新庄孜电厂制定了严格的质量控制标准，2012－08－07 T 16:00，#2发电机定子抢修工作全部结束。

3 原因分析

定子接地故障点位于A相定子线圈、铁芯(励端看)10点位置上层线棒出槽口处，击穿点位于低电阻防晕涂层范围内，周围有典型的异物磨损绝缘的痕迹。击穿点内残留的颗粒被夹在#2槽与#3槽下层线棒渐开线的第1道绑带内，#2槽线棒表面的灰色EP160树脂漆边缘就是绑带的边界线。通过磁性吸附试验和故障点处提取物质的试验，证实残留的颗粒为铁磁性物质。

发电机在制造过程中对线棒进行端部绑扎，同时也将铁磁性物质颗粒绑扎在扎带下。发电机在运行过程中，在定子绕组端部漏磁场的作用下，铁磁性颗粒发热、振动和旋转，既磨损线棒主绝缘又磨损其自身，直至绝缘磨坑底部的绝缘厚度减薄。故障线棒在绕组电路中的位置是绕组的首端引线，运行时线棒分布电压最高，分布电压达11 kV，运行中由于绝缘强度薄弱到耐受不住运行电场强度而发生击穿，造成定子A相的接地故障。

4 经验教训总结

(1)由于发电机生产厂家在设备制造过程中对工艺把关不严，造成发电机内存有遗留异物，从而导致事故隐患。

(2)监造单位对关键设备未能严格把好质量关和工艺关。

(3)在发电机机内检修时，要有采取防止异物遗留的措施。

(4)目前的采用的发电机定子网络零序电压原理的定子接地保护还无法区分发电机定子绕组内部接地还是外部接地。从数据分析方面看，这次发电机定子线圈A相接地故障引起跳闸，正好是从保护死区进入动作区，保护定值为6.1 V，而实际故障电压也在6.1 V左右(依据发电机故障录波图显示的数据分析)。该电压值在引导故障判断时确实在一开始把疑点引到了发电机外部，加之92%的发电机定子接地故障发生在外部，出现了将发电机外部所有的连接全部拆开(共9处)的问题，来回检查发电机外部系统，一定程度上延误了故障处理时间。因此，欲使定子接地保护能正确区分发电机内部和外部故障，是继电保护需要解决的一个课题。

(5)运行机组发生定子接地事故具有突发性和难于简单修复的特点，损失往往极为巨大。抢修工期常常受到人员、材料、机组改型等各种因素的制约，部分关键材料的供货存在不确定性及不可预测性，制约着整个抢修工作的进程。用户应在备品/备件的贮备上引起足够重视:一方面要加强与同型号机组之间的技术人员沟通与协调，另一方面要加强与设备制造商联系，保证备品/备件的正常供应。要加强与设备制造商及兄弟发电单位的交流与沟通，不断提高设备运行管理水平。

［1］国家电力公司.防止电力生产重大事故的二十五项重点要求［M］.北京:中国电力出版社，2001.

［2］DL/T 735—2000，大型汽轮发电机定子绕组端部动态特性的测量及评定［S］.

［3］牟道槐，李玉盛.发电厂变电站电气部分［M］.2版.重庆:重庆大学出版社，2006.

［4］许正亚.发电厂继电保护整定计算及其运行技术［M］.北京:中国水利水电出版社，2009.