[編者按] 該文較詳細地敘述和分析了華東某電廠于1983年投產的1臺200MW機組的事故原因，這次事故暴露出設備在設計、制造和安裝中出現的問題。雖然該事故發生于80年代初，距今已有20年，但從中得到的教訓和經驗對今年我國將有大量擬建、在建和投產的機組仍有警示作用，希望能引起有關設計、建設和運行單位的注意。
[關鍵詞]  短路  線圈  事故  技術質量  絕緣
    1983年初，華東某大型火電廠1臺剛安裝投運13個月的200MW發電機組發生了一起定子端部線棒多處燒損的重大事故，致使停機100多天(損失電量4億多kW·h)，給當時的國民經濟造成巨大損失，整套機組轉人大修，只有通過將發電機定子108根線棒全部更換，設備大拆大換后方能重新投入運行。事故發生以后，各級管理及權威技術部門經過調查、分析、解剖后發現：設備在監造、選型成套、安裝、調試及機組運行管理過程中都有薄弱環節，甚至個別地方出現了令人難以置信的事情。為了吸取過去的事故教訓，使全國新機組安裝建設質量躍上一個新臺階，為發電機組選型、安裝、調試、檢修等兄弟單位提供經驗或借鑒資料，現將這起重大事故發現的問題以及電機制造廠對這起重大事故的分析做一介紹，以期引起電力工作者對新設備的關注。
 1  發電機參數
    型號QFQS—200—2    額定容量235 000kVA
    定子電壓15 750V    定子電流8 625 A
    額定勵磁電流1 749A  功率因數0．85
 2  事故簡介
    2．1  事故經過
    1983年元月30日0：00后，5號機組(發變組單元接線)有功負荷150MW，發電機交流勵磁未調好，用備勵運行，其他正常。0：42時5號機集控室事故喇叭響，發變組表計擺到零，事故照明切換，主變220kV側05開關、發電機滅磁開關MK、5號高壓廠變(6kV備用電源)01、02開關跳閘，(6kV備用電源)10開關自投，20開關自投又跳。由于訊號電源用的逆變器質量差未能自投，無信號，復歸后：直流故障、轉子一點接地、差動關主汽門、發變組保護動作、20開關分支過流等光字牌發出。汽機盤負荷到零，司機和班長先后發現轉速表指示3 070 r／min和3 040r／min，油開關跳閘，高、中壓主汽門關閉信號發出。電氣值班員在事故發生后搶合20開關，6kV廠用電全部恢復。
    0：46值長令對發電機0起升壓，先合上050閘刀(主變220kV中性點接地闡刀)，將磁場變阻器降到電阻最大位置，在合上MK時，未升壓，MK跳閘，發電機A、C相電流擺到3 200 A又復0，B相無指示。檢查保護屏，發現發電機差動(即小差1XJ、2XJ)；發變組差動(即大差1XJ)均掉牌。經值長和分管運行的副總工程師確認后，將掉牌復歸。為了進一步鑒別發電機內部故障，經副總工程師同意，0：58拉開備勵電機電源，使其惰走，待備勵的付勵磁電壓由380V降低至20V時，再合MK，此時發電機定子電流A、C相逐漸升至320A左右，即拉開MK，1：15值長令停機，1：33發電機靜止。用搖表測發電機定子對地絕緣為0，用萬用表測絕緣電阻60歐(在發電機出口軟連接處拆開測)，2：00多從發電機定子下部放水約700kg(經化驗，確認為軟水)。事故發生時，該廠220kV側1臺故障錄波器啟動，錄波記錄為A、C相短路，切除故障時間為0．09 s。從錄波圖象上可以判定0：42事故是差動保護動作。
2．2  事故情況調查
    事故當天多級技術權威機構召開了事故調查分析會，查看了事故現場，對電氣與熱機保護及其回路做了較詳細的檢查、試驗，對事故暴露出的問題進行了分析研究。某電機制造廠也及時派人，參加事故分析會。水電部生產司等后來派人到現場進行了檢查。
    發電機勵側上端蓋吊出后，發現端部線棒右上部31、32等槽處下層線棒和左上部1、54槽處上層線棒燒壞嚴重。轉子吊出后，檢查勵側端部有10處不同程度的燒傷。從勵側看右上角端部最外側綁環處有7處，與上述部位相對應的內端蓋(鋁的)處均有電弧燒傷痕跡。
    轉子抽出后，在定子膛內汽側下部氣隙處39、40槽線棒間發現一塊長21 mm，寬13mm，厚2mm鐵皮。
    在拆除定子上層線棒后，在下層31、32槽間燒壞部位附近發現一塊黃銅色金屬熔塊，重31 g，長40mm、寬22mm，經定性分析為鋁、黃銅，外表覆蓋一層碳末，呈高溫燒熔跡象，且內有氣孔。
    轉子外觀檢查：勵端通風道及表面有黑色粉末，兩側風扇葉片進風端面漆與金屬被磨掉，屬固體顆粒對葉片磨損，轉子繞組對地絕緣電阻下降到24歐。
2．3  事故原因初步分析
    這次事故原因初步分析是：制造廠在定子勵磁機側端部對槽下層線棒與32槽下層線棒間遺留有一黃銅色金屬熔塊，分析認為是制造廠在焊接時遺留下來的集聚的金屬遺留物，經過一年多的運行，由于磨損或電腐蝕導致絕緣損壞。其理由是：(1)定子線棒拆卸過程中，在該處發現一黃銅色金屬熔塊，內有氣孔及碳狀物外形呈高溫熔化重新凝固的形成物，且表面覆蓋碳末，說明這一異物事故前就存在。(2)由于遺留物的不斷振動、摩擦或電腐蝕導致線棒絕緣損壞，在接近線電壓的作用下，發生擊穿短路，使該處線棒燒壞嚴重。(3)從發電機定子的實際接線看：31槽下層線棒是C相的出線頭，32槽下層線棒是A相出線的第一圈，兩部位間的電壓高(接近線電壓)，約為14 800V。(4)0：46試合滅磁開關時，A、C相有電流，B相無電流，也說明是A、C二相發生短路。(5)若是線棒局部缺陷不大可能于31、32二棒的相對位置同時出現。綜上所述可以判定事故先在31槽與32槽下層端都線棒間發生。
    這次事故雖發生在31槽與32槽下層端部線棒間發生，但事故還波及與三相相鄰的9、10、11槽上層端部線棒和29、30槽下層端部線棒，使其有不同程度的電弧燒傷，9槽上層端部線棒在相間短路發生后，對地擊穿(即對端蓋內側放電)，使中性點電位偏移。1槽(C相中性點處)，54槽(B相距中性點相差1 kV的電位處)上層線棒燒傷，主要是31、32槽端部下層線棒短路事故發生后，產生金屬氣體沿發電機轉子旋轉方向擴散，使之絕緣下降，發電機定子接地后，中性點偏移，54槽、1槽由對地擊穿發展為相間短路。經拆下線棒檢查發現：水電接頭絕緣由于統包絕緣過短，工藝粗糙，普遍發現露銅，這樣就縮短了爬電距離，1槽與54槽線棒相間短路正是由此產生。
2．4  事故中暴露的問題
2．4．1  設備質量差，接線、保護設定值不合理
2．4．1．1  差動聯跳主汽門和主汽門關閉聯跳發電機保護的啟動“差動”出口繼電器接線設計不合理，這樣循環動作，分不清動作的起因。特別是當保護動作，信號未掉牌，更難以判斷。這次事故之前也發生發電機2次跳閘，但信號未掉牌，已明顯地暴露出這個問題，沒有采取措施。后雖將差動關閉主汽門的鈕子開關解除，但主汽門關閉聯跳差動的問題沒有解決。事故后已將“主汽門關閉聯跳發電機的保護”改為啟動復合電壓過流繼電器出口。
2．4．1．2  備用電源自投又跳，在靜態試驗時動作正常，保護定值躲不過自啟動。將定值放大，動態試驗后，確定保護整定方案。
    0：42發電機跳閘后，大差、小差保護動作，信號拒掉牌，事故后各種檢查試驗未查明原因，但是不能排除這種信號繼電器本身有缺陷(如初次動作電壓高，有時掉牌不明顯)。
    汽機危急保安器動作，盤面無指示，汽輪機超速訊號燈投產后指示不正常。事故中逆變器不能自投的問題。
2．4．2  0：46運行人員在零起升壓證明發電機差動保護確實動作，發電機A、C相有電流，定子已2相故障后還有二次合閘：0：50左右根據事后有一次合閘過程，現象同0：46；0：58又在低電壓下試送一次，這2次操作盡管對發電機燒壞不是直接原因，但這種操作也是不應該的。
3  事故機組修復處理
    電機廠考慮在更換10根燒壞線棒現場施工困難，加之原設備內有金屬雜物，又遇這次短路污染，局部更換難以保證質量，為了使設備完善化，決定將108根線棒全部更換，計劃工期110天修復。最后100天搶修完工。
    結合此次事故檢修，機組解體檢查發現一些問題，有些缺陷嚴重。如汽機高中壓轉子軸封汽封片大部分倒伏損壞導致汽機油中大量含水，油質惡化，油系統嚴重銹蝕；汽機高壓轉子有3道葉輪和靜葉有摩擦，3道隔板有制造質量問題；中壓轉子有一組葉片(16型)覆葉環飛脫，高壓汽缸內、外缸固定銷開焊；鍋爐存在高溫再熱管子大量過熱氧化，這些缺陷都性質較為嚴重，可能造成設備嚴重損壞事故，純屬制造質量問題，急需加以解決，由制造廠研究處理、改造。
4  電機制造廠對事故原因分析
    發生事故后，在修復工作開始時，電廠對事故原因提出了初步設想：定子線圈漏水引起短路事故；端部綁扎不牢，線棒松動使主絕緣磨損導致擊穿短路；機內未清理干凈，殘留于線圈端部雜物造成短路。
4．1  電機廠認為
    (1)發電機在運行中，氫壓高于水壓，定子線圈不可能出現向機內漏水的現象，因為線圈冷卻水水壓為2ks／cm2，低于線圈外部的氫氣壓力3kg／cm2。該廠200MW機的定子線圈槽內和端部固定是經過改進的，不會產生松動造成主絕緣磨損。在拆除舊的定子線圈過程中，對所有線棒綁扎情況均作了檢查，發現綁扎完好，沒有松動現象，事后發電廠也認為發電機定子端部固定是良好的。
  　(2)在現場檢修中，當上層定子線圈已拆除4／5時，電機廠和電廠的工人在定子勵磁機側31、32號槽下層線棒端部間發現一塊黃銅色金屬熔塊，他們用螺絲刀輕輕一撬就落在定子出線罩上。此塊長10mm、寬22mm，外表覆蓋一導碳末，呈高溫燒熔跡象，且內有氣孔，電廠“定性分析為鋁、黃銅”成分。電廠根據這一發現即認定這是事故的主要原因。
4．2  電機廠認為這種判斷根據不足，理由如下
    按發現此金屬塊的存在部位和它的尺寸，在制造、安裝過程中的多次清理時，是不難發現的。假定此金屬塊在事故發生前就存在于該部位，并且由此而導致了線圈絕緣磨損造成了短路，則在發生短路瞬間，此金屬塊會立即被崩掉(落在其他地方)或者被燒熔的金屬塊將會牢固地熔結在事故點上，不可能用螺絲刀輕輕一撬就完整地掉下來。電機廠認為此金屬塊是在短路事故發生后，而不是在短路之前留在該部位的，估計這個金屬塊很可能是在其他處發生短路燒損的殘留物。據電廠分析此金屬熔塊的成份為鋁、銅合金。發電機線圈端部根本不用這種材料；定子線圈電路為電工紫銅，焊條為銀銅焊條，水接頭為不銹鋼、紫銅組合結構。如系制造中未清理干凈的雜物也應為紫銅、銀焊條的殘留物。
    據悉，電廠的5、6號機均發現由于發電機密封油系統的油源至汽機主油箱內大量含水，不僅使油質劣化，油系統嚴重生銹，而且大量水汽通過油密封系統進入電機內部，在電機內部形成積水(軟水)，使電機定子、轉子繞組嚴重受潮污染，事故后測得轉子繞組對地絕緣電阻竟降低至2kΩ 。
    發電機上、下層定子線圈在廠內嵌線過程中，在線圈端頭全部裸露的狀態下，分別承受了45 kV和43．5kV的交流耐壓試驗。但在電廠運行中，雖然線圈頭部己包上了絕緣，但由于上述線圈嚴重受潮污染，從而使線圈表面絕緣電阻極度降低。因此，很可能在事故發生前后曾強行重合閘5次導致事態的擴大。
4．3  從事故中得到的教訓
    通過這次嚴重事故，電機廠深刻認識到，該廠應該進一步搞好文明生產，嚴格執行各工序間的清理和檢查制度，確保電機內無雜物；還要在設計結構上進行改進，積極開展試驗研究，改進設計和工藝，進一步提高定子繞組在不正常情況下的抗事故能力。
5  發電機在投運前發現的問題
5.1  遺留雜質
  　對定子檢查清理時，前后清理出鐵質雜物有：鐵質平墊圈、彈簧墊圈，金屬切削屑末、焊渣塊、絕緣平墊圈、煙頭等6kg，還從定子風室內拿出560X480X0．2mm扇形絕緣板3張。經過反復清理，但由于定子風區狹窄，有些區域被進風道所隔無法進入，難以保證無遺留鐵磁雜物在內，因為鐵磁金屬屑在運行
中將會損壞電機絕緣，造成電機局部過熱短路的危險。鐵芯溫度測點經過測試處理，還有3點元件開
路，暫無法處理好。發電機還未投產定子、轉子就已存在先天性的不足，特別是電機內部是否還有鐵磁金屬屑的問題無法肯定，廠家也無徹底清理的辦法，是否留有后患難以肯定。
5．2  匯水母管絕緣低
    電機廠200MW發電機定子線圈為水內冷，其匯水母管對地絕緣要求1MΩ，實測僅為600Ω。過多方查找發觀測溫元件引出線的接線板絕緣低，在良好的環境條件下，經過處理才剛達到要求(1．02MΩ)，運行中環境條件差、灰塵積附，匯水母管的絕緣水平將達不到標準。
5．3  發電機定子端部線圈墊塊是用無緯玻璃絲帶綁扎，經過一段時間運行，墊塊將會松弛，易于脫落，對安全有嚴重威脅，電機廠雖逐一改用滌玻管綁扎，再用環氧樹脂固化加溫到130℃與定子線圈合為一體，墊塊不會掉落，能否確保安全，還要實踐檢驗。轉子也存在問題，兩端套箍下局部通風不良，絕緣有焦枯老化，估計溫度可達180-200℃，用刀刻劃約0．7mm深(其他兄弟廠投產的經驗)。電機廠進行改進逐一處理，上述存在質量問題應在移交運行前逐項進行解決和改進完善，以免給生產留有隱患。
6  結束語
    這臺早期200MW機組，在經歷本次重大事故后，又運行了20年，期間經歷數次大、小修，整套機組及其控制、保護系統進行了升級、換代、優化完善，目前已實現計算機化生產，各方面性能得到了極大提高。結合近幾年的大電機年會和全國絕緣監督年會得到的信息，在進口機組和引進型設備方面，特別是配套設備、附件設備質量令人堪憂，一些國外大公司的主設備質量問題制約電力生產和安裝單位安全生產的局面亟待扭轉，這就要求目前在建、擬建發電機組的部門一定要科學、合理地進行設備設計、選型、成套、施工安裝，規范監理、調試、運行，進行各項工作之前要有專家論證，以確保安全生產。
   (作者系淮北發電廠 摘自：《電力建設》2004.2)