现场 | 保护拒动导致发电机转子绕组烧坏分析

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    季增朋，黄省，赵先运，季明怀

    （迪尔集团有限公司，山东济宁272113）

    【摘要】针对保护拒动导致发动机转子绕组烧坏事故，通过调取故障记录数据和检查验证，综合分析故障现象，找出事故原因。

    关键词 发电机 转子绕组 烧坏 保护 拒动

    1 情况简介

    某化工热电一期工程共有2台135MW机组，发电机配置国电南自DGT801全套微机型发电机保护装置，保护双重化配置。在进行保护装置单体和系统模拟试验时，转子一点接地报警正常，两点接地跳闸正常。更多资讯尽在中国电工网。

    2 事故概况

    2010年8月25日某时#1发电机一次并网成功后，72h运行正常。由于系统没有影响机组正常运行的严重缺陷，因此在发电机继续运行24h后才停机进行集中缺陷处理。在发电机继续运行24h的过程中，大约在17h时，即2010年8月29日14:40，励磁电流增长迅速，强励动作，发电机发出闷响，于是紧急打闸停机。停机后，调取各项记录数据发现：2010年8月29日14：32，发电机各项数据开始出现异常，励磁电流在当日14:33升至2176A后又急剧降至1389A，励磁电压在当日14:33升至274.89V后又急剧降至178V，汽轮机5轴Y方向振动急剧变化，在当日14:37达到最大值198.18um；发电机定子接地保护在2010年8月28日00:00:15～23:34:29报警264次，在2010年8月29日00:00:57～14:32:15报警274次。检查发电机保护装置，发现转子一点接地、两点接地保护均未动作；检查发电机本体，发现大轴的接地碳刷及刷架烧坏，但无法查出烧坏时间。

    3 事故处理

    拆除励磁整流柜至转子滑环的电缆后，测得转子绕组对地绝缘电阻为零；发现发电机励磁机座下方3根正极橡皮电缆（3×150mm）中的1根因绝缘层破损与隔离钢板放电而烧断。拆除连接转子滑环的所有电缆后，测得转子的绝缘电阻为零，在进一步测量转子直流电阻及交流阻抗后，断定转子已接地，且存在匝间短路。于是决定作返厂处理。2010年9月2日，做抽转子工作时，发现#4、#5轴瓦严重电弧烧伤，并有划痕，因此将轴瓦与转子一同返厂处理。发电机经修复、安装调试后，机组正常发电运行。

    4 事故分析

    国电南自DGT801全套微机型发电机保护装置中，转子一点接地保护的注入直流电源来自装置内部，因此在发电机运行及不运行时均可监视到发电机励磁回路的对地绝缘电阻。该保护装置动作灵敏、无死区，其输入端与转子绕组正负极及大轴相连，如图1所示。绝缘良好时，测量回路电流最小，对应绝缘电阻为119kΩ；转子有接地时，测量回路电流最大，对应绝缘电阻较小直至为零。绝缘电阻低于10kΩ时，保护装置报警。值得注意的是，双重化的转子一点接地保护只能投入一套，另一套作为冷备用，否则会相互影响。

    图1保护装置与转子绕组及大轴的连接图

    在转子一点接地保护动作后，保护装置自动投入转子两点接地保护，但转子两点接地保护原理与转子一点接地保护完全不同。当发电机转子绕组两点接地时，发电机气隙磁场发生畸变，导致在定子绕组中产生二次谐波负序分量电势，而转子两点接地保护正是用于反映该负序分量。两套转子两点接地保护中的定子电压二次谐波负序分量分别取自发电机出口1TV和3TV。转子两点接地保护动作的前提条件是有转子一点接地保护动作，同时负序分量大于2倍正序分量和负序动作定值。

    在这次事故中，一点接地和两点接地保护均未动作，但在进行单体和系统模拟试验时，转子一点接地保护报警正常，两点接地保护跳闸正常。由此判断发生一点接地故障时转子一点接地保护不报警的原因有两点：

    （1）从转子滑环、接地碳刷引出的“＋”、“－”、“地”三根线在机组启动运行中存在接触不良情况。由于故障后接地碳刷已烧毁，正极橡皮电缆线已烧断，因此难以查找到故障点，只能将三根线的端子连接处重新紧固后再模拟试验。   

（2）发电机首次启动时，双重化的转子一点接地保护两套均投入，相互有影响。这是由于机组首次启动前整套启动调试人员未按相关规范、规定对保护装置的定值、切投状态等进行检查、复校、确认，且启动后巡检也未到位引起的。
转子及回路开始时一点接地可能是由转子绕组接地或发电机励磁机座下方正极橡皮电缆线无加固点造成震动接地引起的；推测两点接地应从2010年8月28日00：00:15开始，于2010年8月29日14:43手动打闸止。从发现事故到手动打闸历时近8min，在此期间，转子绕组已匝间短路，造成转子磁场畸变，力矩不平衡，引起机体强烈震动，从而使轴瓦摩擦发热严重，出现擦伤划痕。发电机#4、#5轴瓦被电弧烧伤则是因为接地碳刷烧坏后，在两点接地故障电流失去直通回路的情况下，随着轴瓦摩擦的出现，接触电阻减小，故障电流通过轴瓦构成新的通路，致使发生电弧烧伤。发电机定子接地保护重复报警，是因转子两点接地开始时是时断时续的。这样，发电机的无功功率变化幅度较大，导致3ω定子接地保护误动（发电机三次谐波定值／制动系数为4V／0.4）。
 
5 结束语
该事故的发生暴露出业主、安装、监理、调试方在安装试运阶段的某些疏漏和质量控制缺失。运行人员没有及时发现发电机定子接地保护误报警，表明他们没有正常监盘与巡检；安装班组没有按规范安装电缆，该加防护套管未加装，该用支架固定的未固定，该进行“三检”的未检查；监理未尽到监理职责，监检不到位；整套启动调试人员未参与72h值班运行，且没有按规范认真检查保护装置，在机组带负荷状态下也未做一次模拟试验。

来源：中国电工网