油质劣化导致轴电流保护动作的事故分析与处理

潘雪石，侯录江，徐 桅，李甲骏，杨 莹

（1.河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北 石家庄 050300；2.河北易县抽水蓄能有限公司筹建处，河北 保定 074200）

油质劣化导致轴电流保护动作的事故分析与处理

潘雪石1，侯录江2，徐 桅1，李甲骏1，杨 莹1

（1.河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北 石家庄 050300；2.河北易县抽水蓄能有限公司筹建处，河北 保定 074200）

介绍了一起250 MW蓄能机组因上导油盆内的杂质聚集在绝缘垫附近，导致轴流回路电阻降低，引起机组轴电流保护动作的事故。通过对上导轴承的拆卸和清洁恢复了机组正常状态，暴露出导轴承维护周期偏长的问题，对同类型机组运维工作具有借鉴意义。

轴电流保护；电气跳机；上导轴承；解体

1 故障介绍

张河湾电站位于河北省石家庄市井陉县境内，是一座日调节纯抽水蓄能电站，电站枢纽工程包括上、下水库、输水系统、地下厂房、开关站等组成。电站单机容量250 MW，总装机容量1 000 MW，安装了4台单级可逆式水泵水轮发电机组，以一回500 kV线路接入河北南部电网。

2015年2月17日04:33，1号机抽水运行中出现1号机轴电流保护动作报警，1号机电气跳机，甩负荷-250 MW。

监控出现如下报警信息：

U01_JA01_EW100_DI01 ShutDown-A；

U01_JA01_EW100_DI03 Comm.Elec.Equip.Trip；

U01_GA01_ELEFLT_DI01UnitElecticalFAULT。

运维人员对1号机组保护A盘进行检查，确认为轴电流保护动作导致机组电气跳机。同时对发电电动机轴电流保护接地碳刷进行检查，未见异常；对轴电流保护CT二次回路和轴电流保护装置进行检查，未见异常；整个事故过程及后续试验中，轴电压表指示始终为0。经过对轴电流回路进行分析，初步怀疑上导油盆透平油质量下降，导致绝缘降低，因此对1号机组上导轴承的透平油进行了更换，将全部透平油排出，注入新油。

2月18日，将1号机组轴电流保护由掉闸改为信号，进行1号机组抽水调相工况启动试验，机组虽然启动正常，但是轴电流保护报警信号仍然存在，相关绝缘数值仍然较低。

5) 定植密度：株行距3.5 m ×3.5 m；穴植，穴规格1.0 m × 0.8 m × 0.5 m。每穴可植3～5株。

2月27日至3月1日张河湾电站申请机组退备，对上导油盆进行了拆解，彻底清洗了油盆内各个部件，回装后进行了机组试转及并网试验，轴电流保护运行正常，未产生报警信号。

2 原因分析

2.1 保护原理

张河湾电站发电机为伞式结构，设置有一套轴电流保护用于监视发电机运行过程中的轴电流大小，定值1.0 mA延时10 s。通过对发电机上导轴承的结构进行分析，判断可形成轴电流回路共有4条：1条是上导瓦面+油膜+绝缘垫（如图1所示），其他3条都是梳齿密封+绝缘垫。发电机制造商对上述第1条回路的绝缘垫阻值设置有绝缘监视，而其余3条未设置绝缘监测，不便直接判断绝缘情况。在此次缺陷处理过程中，重点对梳齿密封间隙是否有金属颗粒、上导瓦面、各绝缘垫（绝缘套筒）等部位进行检查，同时对上导轴承的油样进行了化验。具体分析如下：

（1）轴电流保护是一套“mA级过电流保护”，当检测到通过②大轴CT电流超过设定值（1.0 mA）时，延时（10 s）出口动作电气跳机。

（2）轴电流保护范围为：②大轴CT以上部分，即主要是①上导瓦部分；闭合回路a是轴电流保护动作回路，其前提条件是：上导瓦油膜电阻值+（131-132之间绝缘垫电阻值）+（132-133之间绝缘垫电阻值）=电阻值和，可见，此时若上导瓦油膜消失，同时金属颗粒或杂质附着在131-132之间绝缘垫及132-133之间绝缘垫处时，整个轴电流的回路构成，即使大轴上感应的轴电压很低，但此时回路电阻值很小，将足以产生较大的轴电流，这也就是为什么在保护动作时，轴电压表未显示读数的原因。

图1 轴电流配置及动作回路示意图

2.2 保护动作后更换上导透平油前后相关测量数据分析

处理过程中，对发电机端子箱SP04内端子131、132、133进行了测量，数据见表1。

表1 1号机组直阻测量数据

3 处理过程

为了彻底清理上导油盆内杂质，张河湾公司申请机组退备，对上导油盆进行了拆解，彻底清洗了油盆内各个部件，回装后进行了机组试转及并网试验，轴电流保护运行正常，未产生报警信号。

从图2可以看出，绝缘垫的厚度不是很厚（约2 mm），在接缝处粘附有黑色杂质，其中可能含有碳刷磨损后产生的碳粉，当黑色杂质聚集一定数量，在电磁场作用下，就会将上面的上导瓦支撑与下面的上机架连通，从而形成了轴电流保护的电流回路，引起轴电流保护动作。

图2 绝缘垫环细节图

在发电机端子箱内测量131-132、132-133间的直阻或绝缘就是为了判断此绝缘垫环上下两层的绝缘是否良好。

对油盆内各个部位拆解的所有部件进行清洁，回装完毕充完油后，再次测量131-132、132-133之间的阻值，与轴电流保护动作后测量的数据进行了对比，131-132间（上绝缘层）电阻由原来的1 kΩ左右上升至145 kΩ，132-133（下绝缘层）有原来的300 Ω左右上升至150 kΩ左右，电阻值明显提高，清洁油盆内部及绝缘垫环的作用明显。此外，对于所有螺栓的绝缘套筒进行绝缘检查，结果均正常，同时也进行了相应的清洁。

1号机组恢复运行后，张河湾公司严密监视131-132间、132-133间绝缘情况，未发现异常，1号机组轴电流保护也未产生报警，由此可见，1号机组上导油盆清理工作取得了较好的效果。张河湾公司通过此次缺陷处理，积累了宝贵的经验，为今后机组的轴电流回路检查及上导轴承的检修工作打下了较好的基础。

4 暴露问题

（1）设备维护不到位，发电机导轴承油盆定期解体清扫检查的周期偏长。

（2）对发电机轴电流保护日常维护不到位，未能按期监测回路阻值。

（3）未将发电机上导轴承油盆底部的梳齿密封检查列入日常工作。

（4）机组检修项目执行不到位，未能彻底跟踪处理。

5 防范措施

（1）增加机组检修项目：每两年进行发电机轴承油盆解体检查及清洗。

（2）定期测量轴电流保护回路阻值，监测绝缘垫环的绝缘情况，发现异常及时处理。

（3）将发电机上导轴承的上油盆盖、油盆底部的梳齿密封检查纳入机组定检项目，定期检查梳齿密封间隙内是否有杂质或颗粒。

6 结语

目前国内蓄能机组普遍进入“大运行”阶段，要求年发电量按照设计值控制，这对蓄能机组的运行维护工作提出了新的考验。本文介绍的一起因油质劣化，杂质沉积导致的轴电流保护动作跳机事件，为蓄能电厂在新常态下的检修项目策划和日常维护工作敲响了警钟，对同类型蓄能电站具有参考借鉴意义。

[1]苏华利.水轮发电机组轴电流保护误报警分析与处理[J].科技资讯，2015，13(2):30-31.DOI:10.3969/j.issn.1672-3791. 2015.02.022.

[2]贺 强.浅谈大型水轮发电机组轴电流的产生与预防[J].水电与新能源，2013(z1):68-70，84.

[3]周建为.抽水蓄能机组轴电流保护[J].水电自动化与大坝监测，2003，27(1):68-69.DOI:10.3969/j.issn.1671-3893.2003.01.023.

图15 功率变送器加装后3号机组发电停机有功趋势

3 结论

通过对数字型功率变送器的选用，彻底消除了困扰电站多年的机组发电停机从电网吸收有功功率的“疑难杂症”，同时极大改善了机组功率反馈信号的测量精度及响应速率，满足了电网对机组有功功率调节品质的严格要求。

此外，张河湾电站对该问题的分析和解决策略亦可为设计单位及在建抽水蓄能发电企业提供参考与借鉴，在调节控制环节应优先选用高精度、短时延的功率变送器或交采装置以保证机组发电调节品质，更好的服务电网，服务社会发展。

图16 功率变送器加装后1号机组发电停机有功趋势

参考文献：

[1]唐 涛.发电厂与变电站自动化技术及其应用[M].北京：中国电力出版社，2005.

TM312

B

1672-5387（2016）12-0038-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.12.014

2016-10-20

潘雪石（1984-），男，工程师，从事抽水蓄能电站运维管理工作。