发电机故障停机的分析及处理方法

发电机故障停机的分析及处理方法
文章主要介绍了某发电厂发电机故障停机的真实案例，通过分析导致故障的基本原因，再结合电气高压试验工作，最终排除了安全隐患。

标签：发电机；出口电缆；泄漏电流；交流耐压
1 概述
2015年6月，某发电厂其中一台10.5kV、27MW的发电机在运行中突然保护装置动作，同时发电机出口开关跳闸，机组紧急停机。

经检查，系该发电机B 相出口电缆头靠端部位置烧焦击穿后接地导致，通过对故障原因分析判断，并结合电气相关事故抢修工作，最终确保该发电厂机组安全可靠运行，满足电网调频调峰的需要。

2 故障原因分析
通过对B相出口电缆以及周边的运行环境检查，总结出故障原因可能由以下几方面构成。

2.1 机械损伤
由于该发电机隶属灯泡贯流式水轮机组。

受地理环境影响，发电机出口开关设在机组上层，而发电机设在下层的灯泡壳内。

因此电缆在施工铺装时所经过的路径并非笔直的线路，弯曲的弧度很大，在一定程度上可能会造成内部绝缘的损伤。

亦有可能在运输时电缆被严重挤压而使保护层和芯线损坏，同时交接验收工作不到位埋下故障隐患。

2.2 施工不当
由于施工方法不良，在敷设电缆过程中，电缆外皮剐蹭到尖锐的墙体或角铁部位，使电缆头和中间的薄弱环节发生故障，导致绝缘层被击穿。

2.3 绝缘受潮
经检查，靠B相电缆端部位置的墙体有渗水现象，使水分侵入电缆内部，外皮受潮后而产生腐蚀。

另外可能由于电缆本身质量问题，局部存在洞孔或细裂，在系统过压运行时绝缘层被击穿。

2.4 绝缘老化
受温度、湿度、电场力等因素的长期作用，电缆在运行过程中绝缘逐渐下降、内部结构逐渐损坏。

3 故障对策实施
电力设备在运行中会经常遇到如操作过电压、雷击过电压、故障过电压等除电网电压以外的工频过电压作用。

而预防性试验可以提前发现设备受过电压后产生的某些缺陷，它是保证设备安全运行的重要措施之一。

根据我国电力行业标准《电力设备预防性试验规程》规定，橡塑电缆试验需作如下几个项目：
（1）绝缘电阻及吸收比的测量是进行各项高压试验的首要前
提，它对设备所施电压较低，一般为500V～2500V之间，再加上操作时间短，故不会对设备绝缘缺陷造成累计伤害效应，不属于破坏性试验。

通过2500V 兆欧表测量B相电缆线芯对地或对金属屏蔽层间和各线芯间的绝缘电阻后发现，15秒的读数和60秒的读数基本相同，电缆完全没有吸收比，已经无法继续投入运行，据以往经验判断，应该是受潮所致。

结合对B相周围环境的检查，可以确定：靠电缆附近的墙体渗水是诱发这次故障的主要原因。

由此相关部门对该墙体的创面做了紧急处理，保证不会有渗水现象发生。

（2）直流耐压和直流泄漏电流试验原理上基本一致，前者是对电力设备施加一定的直流电压，在规定的时间内检查绝缘中的受潮、机械损伤等局部缺陷，而直流泄漏测量则侧重反映设备单相之间的绝缘老化平衡关系。

由于B相电缆在击穿烧焦过程中，波及了A、C两相电缆，从外观上看，这两相电缆表皮也有熏黑的痕迹，在不能确保电缆内部绝缘好坏的情况下，应对A、C两相进行绝缘电阻和直流泄漏的测试，首先对A、C相做绝缘电阻测试，A相R15秒读数为180MΩ，R60秒读数为370MΩ，吸收比>1.6。

C相R15秒读数为220MΩ，R60秒读数为415MΩ，吸收比>1.6。

具备直流耐压和直流泄漏测试的条件，通过两相泄漏电流试验数据的比较，证明A、C相绝缘良好。

（3）交流耐压试验是鉴定电力设备绝缘强度最有效和最直接的方法，是预防性试验的一项重要内容。

根据检修人员多年的试验经验证明：直流耐压试验不能有效地发现电缆中的绝缘缺陷，甚至在某种程度上会造成电缆的绝缘隐患。

同时新版国标《电气设备交接试验规程》（GB50150-2006）及国内外有关部门也广泛推荐采用交流耐压取代传统的直流耐压。

因此经研究决定，A、C相还要进行交流耐压试验项目。

首先，用50kV交直流两用SF6试验变对电缆进行2.5倍额定电压进行交流耐压，但在升压至18kV时，电流已达到15A。

仪器过流保护动作自动跳电源开关，试验无法进行下去。

分析得知，这两相电缆每根总长度接近50米。

在工频电压下，由于电缆本身电容量较大，对试验仪器装置的电源容量也有较高的要求，传统的交流耐压试验变压器容量往往达不到要求，而达到要求的变压器又因为重量和体积的原因，不便于对外检修以及现场人工搬运，灵活性很差。

因此决定，使用变频串联谐振试验装置进行交流耐压试验，它的体积与重量仅为为传统试验变压器的1/2～1/3。

a.变频串联谐振试验装置由励磁变压器、变频电源、谐振电抗器、电容分压器组成，接线时，将回路中的电感和被试品（电缆）串联。

试验时，调节回路中
的电感、电容或频率均可以使电感与电容满足：ωL=1/ωC。

此时在电感和电容上的电压大大超过了回路外施电压，电路产生谐振。

b.流过高压回路的电流，在谐振状态时达到最大值，即：Imax=U2/R，R为高压回路等效电阻。

c.谐振回路中的品质因数Q=，这时试品上电压
Uc=QU2，由于Q值远大于1，所以U2远小于Uc，因此试验变压器和调压器的容量也可相应减小Q倍，以此达到低电压、小容量电源来使电缆的绝缘承受高电压考验的目的。

d.值得注意的是，交流耐压试验属于破坏性试验，对电缆绝缘本身会造成累积伤害效应。

因此在试验中按規程规定，严格控制了试验电压和试验时间、试验次数。

4 故障隐患排除
A、C相经过1min的交流耐压试验后，没有出现局部放电或者因绝缘损坏接地导致试验回路跳闸的现象，证明这两相绝缘合格，具备继续运行的条件。

研究决定，更换B相已损坏的电缆，同时对新更换的电缆做交接试验项目。

待试验完成后，将新更换的B相电缆放置到位，结合A、C两相再做一次直流泄漏试验，因为DL/T 596-2005《电力设备预防性试验规程》规定：在规定的试验电压下，最大泄漏电流在20μA以下者，相间差值与历次试验结果比较，不应有显著的变化；各相泄漏电流的差别不应大于最小值的100%。

试验结果三相泄漏电流平衡，机组具备投运条件。

5 结束语
状态检修是国家电网提出“大检修”体系下必然的发展方向。

在这次故障处理过程中，通过对设备进行在线监测、在线诊断，实时掌握设备的运行情况、获取设备运行特征参数是实现状态检修的基础。

参考文献
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[2]黄建华.论述电力电缆常见故障的原因及其预防对策[J].广东科技，2008（20）.
[3]陈化钢.电气设备预防性试验方法[M].北京：水利电力出版社，1994.。