[编者按] 该文较详细地叙述和分析了华东某电厂于1983年投产的1台200MW机组的事故原因，这次事故暴露出设备在设计、制造和安装中出现的问题。虽然该事故发生于80年代初，距今已有20年，但从中得到的教训和经验对今年我国将有大量拟建、在建和投产的机组仍有警示作用，希望能引起有关设计、建设和运行单位的注意。
[关键词] 短路 线圈 事故 技术质量 绝缘
1983年初，华东某大型火电厂1台刚安装投运13个月的200MW发电机组发生了一起定子端部线棒多处烧损的重大事故，致使停机100多天(损失电量4亿多kW·h)，给当时的国民经济造成巨大损失，整套机组转人大修，只有通过将发电机定子108根线棒全部更换，设备大拆大换后方能重新投入运行。事故发生以后，各级管理及权威技术部门经过调查、分析、解剖后发现：设备在监造、选型成套、安装、调试及机组运行管理过程中都有薄弱环节，甚至个别地方出现了令人难以置信的事情。为了吸取过去的事故教训，使全国新机组安装建设质量跃上一个新台阶，为发电机组选型、安装、调试、检修等兄弟单位提供经验或借鉴资料，现将这起重大事故发现的问题以及电机制造厂对这起重大事故的分析做一介绍，以期引起电力工作者对新设备的关注。
1 发电机参数
型号QFQS—200—2 额定容量235 000kVA
定子电压15 750V 定子电流8 625 A
额定励磁电流1 749A 功率因数0．85
2 事故简介
2．1 事故经过
1983年元月30日0：00后，5号机组(发变组单元接线)有功负荷150MW，发电机交流励磁未调好，用备励运行，其他正常。0：42时5号机集控室事故喇叭响，发变组表计摆到零，事故照明切换，主变220kV侧05开关、发电机灭磁开关MK、5号高压厂变(6kV备用电源)01、02开关跳闸，(6kV备用电源)10开关自投，20开关自投又跳。由于讯号电源用的逆变器质量差未能自投，无信号，复归后：直流故障、转子一点接地、差动关主汽门、发变组保护动作、20开关分支过流等光字牌发出。汽机盘负荷到零，司机和班长先后发现转速表指示3 070 r／min和3 040r／min，油开关跳闸，高、中压主汽门关闭信号发出。电气值班员在事故发生后抢合20开关，6kV厂用电全部恢复。
0：46值长令对发电机0起升压，先合上050闸刀(主变220kV中性点接地阐刀)，将磁场变阻器降到电阻最大位置，在合上MK时，未升压，MK跳闸，发电机A、C相电流摆到3 200 A又复0，B相无指示。检查保护屏，发现发电机差动(即小差1XJ、2XJ)；发变组差动(即大差1XJ)均掉牌。经值长和分管运行的副总工程师确认后，将掉牌复归。为了进一步鉴别发电机内部故障，经副总工程师同意，0：58拉开备励电机电源，使其惰走，待备励的付励磁电压由380V降低至20V时，再合MK，此时发电机定子电流A、C相逐渐升至320A左右，即拉开MK，1：15值长令停机，1：33发电机静止。用摇表测发电机定子对地绝缘为0，用万用表测绝缘电阻60欧(在发电机出口软连接处拆开测)，2：00多从发电机定子下部放水约700kg(经化验，确认为软水)。事故发生时，该厂220kV侧1台故障录波器启动，录波记录为A、C相短路，切除故障时间为0．09 s。从录波图象上可以判定0：42事故是差动保护动作。
2．2 事故情况调查
事故当天多级技术权威机构召开了事故调查分析会，查看了事故现场，对电气与热机保护及其回路做了较详细的检查、试验，对事故暴露出的问题进行了分析研究。某电机制造厂也及时派人，参加事故分析会。水电部生产司等后来派人到现场进行了检查。
发电机励侧上端盖吊出后，发现端部线棒右上部31、32等槽处下层线棒和左上部1、54槽处上层线棒烧坏严重。转子吊出后，检查励侧端部有10处不同程度的烧伤。从励侧看右上角端部最外侧绑环处有7处，与上述部位相对应的内端盖(铝的)处均有电弧烧伤痕迹。
转子抽出后，在定子膛内汽侧下部气隙处39、40槽线棒间发现一块长21 mm，宽13mm，厚2mm铁皮。
在拆除定子上层线棒后，在下层31、32槽间烧坏部位附近发现一块黄铜色金属熔块，重31 g，长40mm、宽22mm，经定性分析为铝、黄铜，外表覆盖一层碳末，呈高温烧熔迹象，且内有气孔。
转子外观检查：励端通风道及表面有黑色粉末，两侧风扇叶片进风端面漆与金属被磨掉，属固体颗粒对叶片磨损，转子绕组对地绝缘电阻下降到24欧。
2．3 事故原因初步分析
这次事故原因初步分析是：制造厂在定子励磁机侧端部对槽下层线棒与32槽下层线棒间遗留有一黄铜色金属熔块，分析认为是制造厂在焊接时遗留下来的集聚的金属遗留物，经过一年多的运行，由于磨损或电腐蚀导致绝缘损坏。其理由是：(1)定子线棒拆卸过程中，在该处发现一黄铜色金属熔块，内有气孔及碳状物外形呈高温熔化重新凝固的形成物，且表面覆盖碳末，说明这一异物事故前就存在。(2)由于遗留物的不断振动、摩擦或电腐蚀导致线棒绝缘损坏，在接近线电压的作用下，发生击穿短路，使该处线棒烧坏严重。(3)从发电机定子的实际接线看：31槽下层线棒是C相的出线头，32槽下层线棒是A相出线的第一圈，两部位间的电压高(接近线电压)，约为14 800V。(4)0：46试合灭磁开关时，A、C相有电流，B相无电流，也说明是A、C二相发生短路。(5)若是线棒局部缺陷不大可能于31、32二棒的相对位置同时出现。综上所述可以判定事故先在31槽与32槽下层端都线棒间发生。
这次事故虽发生在31槽与32槽下层端部线棒间发生，但事故还波及与三相相邻的9、10、11槽上层端部线棒和29、30槽下层端部线棒，使其有不同程度的电弧烧伤，9槽上层端部线棒在相间短路发生后，对地击穿(即对端盖内侧放电)，使中性点电位偏移。1槽(C相中性点处)，54槽(B相距中性点相差1 kV的电位处)上层线棒烧伤，主要是31、32槽端部下层线棒短路事故发生后，产生金属气体沿发电机转子旋转方向扩散，使之绝缘下降，发电机定子接地后，中性点偏移，54槽、1槽由对地击穿发展为相间短路。经拆下线棒检查发现：水电接头绝缘由于统包绝缘过短，工艺粗糙，普遍发现露铜，这样就缩短了爬电距离，1槽与54槽线棒相间短路正是由此产生。
2．4 事故中暴露的问题
2．4．1 设备质量差，接线、保护设定值不合理
2．4．1．1 差动联跳主汽门和主汽门关闭联跳发电机保护的启动“差动”出口继电器接线设计不合理，这样循环动作，分不清动作的起因。特别是当保护动作，信号未掉牌，更难以判断。这次事故之前也发生发电机2次跳闸，但信号未掉牌，已明显地暴露出这个问题，没有采取措施。后虽将差动关闭主汽门的钮子开关解除，但主汽门关闭联跳差动的问题没有解决。事故后已将“主汽门关闭联跳发电机的保护”改为启动复合电压过流继电器出口。
2．4．1．2 备用电源自投又跳，在静态试验时动作正常，保护定值躲不过自启动。将定值放大，动态试验后，确定保护整定方案。
0：42发电机跳闸后，大差、小差保护动作，信号拒掉牌，事故后各种检查试验未查明原因，但是不能排除这种信号继电器本身有缺陷(如初次动作电压高，有时掉牌不明显)。
汽机危急保安器动作，盘面无指示，汽轮机超速讯号灯投产后指示不正常。事故中逆变器不能自投的问题。
2．4．2 0：46运行人员在零起升压证明发电机差动保护确实动作，发电机A、C相有电流，定子已2相故障后还有二次合闸：0：50左右根据事后有一次合闸过程，现象同0：46；0：58又在低电压下试送一次，这2次操作尽管对发电机烧坏不是直接原因，但这种操作也是不应该的。
3 事故机组修复处理
电机厂考虑在更换10根烧坏线棒现场施工困难，加之原设备内有金属杂物，又遇这次短路污染，局部更换难以保证质量，为了使设备完善化，决定将108根线棒全部更换，计划工期110天修复。最后100天抢修完工。
结合此次事故检修，机组解体检查发现一些问题，有些缺陷严重。如汽机高中压转子轴封汽封片大部分倒伏损坏导致汽机油中大量含水，油质恶化，油系统严重锈蚀；汽机高压转子有3道叶轮和静叶有摩擦，3道隔板有制造质量问题；中压转子有一组叶片(16型)覆叶环飞脱，高压汽缸内、外缸固定销开焊；锅炉存在高温再热管子大量过热氧化，这些缺陷都性质较为严重，可能造成设备严重损坏事故，纯属制造质量问题，急需加以解决，由制造厂研究处理、改造。
4 电机制造厂对事故原因分析
发生事故后，在修复工作开始时，电厂对事故原因提出了初步设想：定子线圈漏水引起短路事故；端部绑扎不牢，线棒松动使主绝缘磨损导致击穿短路；机内未清理干净，残留于线圈端部杂物造成短路。
4．1 电机厂认为
(1)发电机在运行中，氢压高于水压，定子线圈不可能出现向机内漏水的现象，因为线圈冷却水水压为2ks／cm2，低于线圈外部的氢气压力3kg／cm2。该厂200MW机的定子线圈槽内和端部固定是经过改进的，不会产生松动造成主绝缘磨损。在拆除旧的定子线圈过程中，对所有线棒绑扎情况均作了检查，发现绑扎完好，没有松动现象，事后发电厂也认为发电机定子端部固定是良好的。
(2)在现场检修中，当上层定子线圈已拆除4／5时，电机厂和电厂的工人在定子励磁机侧31、32号槽下层线棒端部间发现一块黄铜色金属熔块，他们用螺丝刀轻轻一撬就落在定子出线罩上。此块长10mm、宽22mm，外表覆盖一导碳末，呈高温烧熔迹象，且内有气孔，电厂“定性分析为铝、黄铜”成分。电厂根据这一发现即认定这是事故的主要原因。
4．2 电机厂认为这种判断根据不足，理由如下
按发现此金属块的存在部位和它的尺寸，在制造、安装过程中的多次清理时，是不难发现的。假定此金属块在事故发生前就存在于该部位，并且由此而导致了线圈绝缘磨损造成了短路，则在发生短路瞬间，此金属块会立即被崩掉(落在其他地方)或者被烧熔的金属块将会牢固地熔结在事故点上，不可能用螺丝刀轻轻一撬就完整地掉下来。电机厂认为此金属块是在短路事故发生后，而不是在短路之前留在该部位的，估计这个金属块很可能是在其他处发生短路烧损的残留物。据电厂分析此金属熔块的成份为铝、铜合金。发电机线圈端部根本不用这种材料；定子线圈电路为电工紫铜，焊条为银铜焊条，水接头为不锈钢、紫铜组合结构。如系制造中未清理干净的杂物也应为紫铜、银焊条的残留物。
据悉，电厂的5、6号机均发现由于发电机密封油系统的油源至汽机主油箱内大量含水，不仅使油质劣化，油系统严重生锈，而且大量水汽通过油密封系统进入电机内部，在电机内部形成积水(软水)，使电机定子、转子绕组严重受潮污染，事故后测得转子绕组对地绝缘电阻竟降低至2kΩ 。
发电机上、下层定子线圈在厂内嵌线过程中，在线圈端头全部裸露的状态下，分别承受了45 kV和43．5kV的交流耐压试验。但在电厂运行中，虽然线圈头部己包上了绝缘，但由于上述线圈严重受潮污染，从而使线圈表面绝缘电阻极度降低。因此，很可能在事故发生前后曾强行重合闸5次导致事态的扩大。
4．3 从事故中得到的教训
通过这次严重事故，电机厂深刻认识到，该厂应该进一步搞好文明生产，严格执行各工序间的清理和检查制度，确保电机内无杂物；还要在设计结构上进行改进，积极开展试验研究，改进设计和工艺，进一步提高定子绕组在不正常情况下的抗事故能力。
5 发电机在投运前发现的问题
5.1 遗留杂质
对定子检查清理时，前后清理出铁质杂物有：铁质平垫圈、弹簧垫圈，金属切削屑末、焊渣块、绝缘平垫圈、烟头等6kg，还从定子风室内拿出560X480X0．2mm扇形绝缘板3张。经过反复清理，但由于定子风区狭窄，有些区域被进风道所隔无法进入，难以保证无遗留铁磁杂物在内，因为铁磁金属屑在运行
中将会损坏电机绝缘，造成电机局部过热短路的危险。铁芯温度测点经过测试处理，还有3点元件开
路，暂无法处理好。发电机还未投产定子、转子就已存在先天性的不足，特别是电机内部是否还有铁磁金属屑的问题无法肯定，厂家也无彻底清理的办法，是否留有后患难以肯定。
5．2 汇水母管绝缘低
电机厂200MW发电机定子线圈为水内冷，其汇水母管对地绝缘要求1MΩ，实测仅为600Ω。过多方查找发观测温元件引出线的接线板绝缘低，在良好的环境条件下，经过处理才刚达到要求(1．02MΩ)，运行中环境条件差、灰尘积附，汇水母管的绝缘水平将达不到标准。
5．3 发电机定子端部线圈垫块是用无纬玻璃丝带绑扎，经过一段时间运行，垫块将会松弛，易于脱落，对安全有严重威胁，电机厂虽逐一改用涤玻管绑扎，再用环氧树脂固化加温到130℃与定子线圈合为一体，垫块不会掉落，能否确保安全，还要实践检验。转子也存在问题，两端套箍下局部通风不良，绝缘有焦枯老化，估计温度可达180-200℃，用刀刻划约0．7mm深(其他兄弟厂投产的经验)。电机厂进行改进逐一处理，上述存在质量问题应在移交运行前逐项进行解决和改进完善，以免给生产留有隐患。
6 结束语
这台早期200MW机组，在经历本次重大事故后，又运行了20年，期间经历数次大、小修，整套机组及其控制、保护系统进行了升级、换代、优化完善，目前已实现计算机化生产，各方面性能得到了极大提高。结合近几年的大电机年会和全国绝缘监督年会得到的信息，在进口机组和引进型设备方面，特别是配套设备、附件设备质量令人堪忧，一些国外大公司的主设备质量问题制约电力生产和安装单位安全生产的局面亟待扭转，这就要求目前在建、拟建发电机组的部门一定要科学、合理地进行设备设计、选型、成套、施工安装，规范监理、调试、运行，进行各项工作之前要有专家论证，以确保安全生产。
(作者系淮北发电厂 摘自：《电力建设》2004.2)