某电厂冲转时“氢爆”事故分析

某电厂冲转时“氢爆”事故分析

李志伟

苏晋保德煤电有限公司，山西 忻州 036604

1.摘要

火电机组停机备用期间，氢冷发电机内部氢气处于相对静止状态，密封油系统运行，密封油向机内氢气系统带进的水汽与油污无法及时排除，易产生电晕放电，进而引发局部氢爆，并促使其下部循环死区发生连环氢爆。

2. 关键词

氢气纯度下降、电晕放电、局部氢爆、转子一点接地

定子接地保护动作、机组跳闸

3. 引言

氢气作为发电机冷却介质被广泛应用于电力生产中,然而氢气与空气混合容易发生爆炸,造成非常严重的后果。随着国家碳排放战略的要求，新能源装机容量大幅度上升，火电机组经常性调停，停机期间，发电机内部氢气相对静止，由于设计缺陷，密封油系统运行向机内带入少量空气，使机内低位区域氢气纯度逐渐降低，且无法有效测量该区域氢气纯度，导致发电机容易发生局部氢爆。

4.事故经过

2023年06月07日，某发电厂1号机停备，发电机处于充氢状态，07月02日，机组安排启动。发电机/变压器组绝缘：260MΩ/ 330MΩ，转子绝缘：50MΩ；发电机氢力：0.26MPa，氢气纯度：96.82%；发电机密封油油位：1/3位置，氢侧油压：0.32MPa，空侧油压力：0.31MPa。发电机1号检漏仪有液位高，排污2S，排放物为油气混合物，2、3号检漏仪液位正常。

07月02日09:49发电机并网成功。

09:57:00 “转子一点接地"报警，发电机有功功率：3.08MW，无功功率：8Mvar，定子三相电流分别：213A/284A/318A，转子电流：1000A。

09:57:36 “发电机断水”报警，发电机25个定子线圈测点温度、铁芯温度、风温测点坏点，信号相继消失，个别风温测点、出水温度测点急剧上升。

09:59:27 氢侧密封油温突变。

10:22:00 发电机定子接地保护动作，发电机组跳闸，机组罩壳内发出异响。

5.事故发生后检查情况如下：

(1)抽出发电机氢冷器，检查发现汽端冷却器与机壳固定连接部位上翘变形，冷却器励端螺纹铜管变形，冷却器受冲击导致多处漏水，水管固定夹板脱落。

(2)发电机膛内风区隔板变形，脱落1/4左右。

(3)定子两侧内端盖内侧加强筋出现裂纹。

(4)发电机汽端导风环与内端盖部分固定螺栓断裂脱落，导风环坠落；风扇叶顶部与导风环发生摩擦，几片风叶损坏。

(5)励端下部7点钟位置（13与46号线棒）绝缘引水管靠近汇水端处破裂，相邻一根绝缘引水管破损。.

(6)定子铁芯上分布多根测温元件引线脱落。

(7)多块发电机出线引线固定板发生断裂脱落，引线损坏，线圈槽部位发现多个环氧树脂碎片。

(8)发电机铁芯背部风区隔板、密封板发生大部分脱落，部分隔板变形。

(9)抽出转子对定子进行检查，四风区发现已磨损变形铜螺栓一根，铜螺母磨损后残留颗粒一块，变形螺栓锁紧片4块，膛内风区隔板（橡胶材质）3处脱落，定子铁芯存在轻微受撞击现象，定子A相引出线套管绝缘上发现炭化穿孔。机内发现金属粉末、碎屑和橡胶粉末。

(10)事故后测转子对地电阻为135MΩ，将护环拔下清理出金属碎屑后，测转子对地电阻为300MΩ，测量定子绝缘电阻R20/R0，A、B、C三相电阻值依次为8MΩ/8MΩ、10MΩ/2MΩ、200MΩ/300MΩ。

6.原因分析

发电机内部发生局部氢爆，造成导风环下坠，导致风扇碰撞摩擦产生金属碎屑，同时引起绝缘引水管脱落漏水，从而使发电机定子、转子接地。

(1)停机时，机内氢气处于相对静止，机内杂质气体受重力作用向低位沉积，由于停备时间较长，密封油系统向机内带入少量空气，使机内低位区域氢气纯度逐渐降低。

(2)汽轮机冲转后，机内氢气开始循环，若不存在循环死区，机内氢气纯度将进人一种均匀状态。但由于设计原因，机内励端下部存在死区，尤其是引出线区域，既无法进入氢气循环回路，又无法排污，致使该区域维持在机组停备期间形成的氢气纯度下降状态。

(3)开机前氢气纯度虽然合格，但氢气纯度取样点位于机0m CO2管上，取样前排污操作不足以排除管内存气，致使检测结果无法真实地反映机内氢气纯度，并网前氢气纯度例行检测无法有效排查机内的氢爆隐患。

(4)发电机出线的绝缘存在制造缺陷，且A相出线并头套处绝缘内部存在较大空壳，其上一个绝缘已炭化穿孔，去除炭化绝缘即可看到内部较大空间，导体外露。此处恰好位于最高电位区，机组长期停备，氢干器无气体循环，难以起到干燥作用。密封油向机内氢气系统带进的水汽与油污无法及时排除，易产生电晕放电，进而引发局部氢爆，并促使其下部循环死区发生连环氢爆，造成三相出线绝缘固定板脱落，#13线棒绝缘引水管断裂脱落，B相出线绝缘引水管破裂。

(5)氢爆造成两端玻璃钢内端盖受损，励端气隙环氧树脂挡风环上半圈损坏脱出，挡风环一个铜质固定螺栓脱落进人定子膛内；汽端内端盖损坏，使导风环从内端盖上处下坠，并与汽端风扇产生碰磨形成金属碎屑，部分碎屑通过风道进人转子，进而导致转子一点接地。

(6)由于绝缘引水管的断裂脱落，造成冷水泄漏，与金属粉末、碎屑互相污染，致使发电机引出线绝缘受潮、劣化，基波零序电压定子接地保护动作，从而导致机组跳闸。

7.防范措施：

(1)对发电机排污系统改造，确保机内最低部位（发电机励端下部引出线区）可以有效排污，并在该排污管加装取样口，定期检测该部位氢气纯度。

(2)对氢气纯度在线监测进行改造，配置氢气流量指示、氢气纯度在线监测仪；对机内氢压取样管路改造，确保机内氢压显示准确、可靠。

(3)氢干器进口管路加装氧气纯度手工检测采样点，增加便携式氢气纯度测量仪，确保可靠测量机内氢气纯度，与DCS画面显示进行对照。

(4)参照国内外300MW机组的运规与反措要求，进一步明确转子一点接地处理原则。当转子发生一点接地时，应立即查明故障区域（转子绕组或外部回路）与性质。如果转子绕组为“稳定性低阻接地”，应停机处理。

(5)更换出线与头套手包绝缘，进行手包绝缘表面电位测量。

(6)提高设备技术管理水平，明确规定：停备状态下要严密监测氢力和密封油压，机组停备时的氢、油、水系统要按规定监视、检查，并记录；定期检测氢气湿度，当机组启动前，及时投人氢干器与湿度表。启励前对发电机认真检查、排污，测量氢气纯度、湿度、氢压合格。对氢气系统在线仪表、就地表计进行定期准。保证密封油系统正常工作，空侧、氢侧密封油压在规定范围，确保不向发电机内窜油。确保差压阀、平衡阀等重要设备运行可靠。

参考文献：

【1 】王小勇，杜海军古城电厂3号发电机局部氢爆事故的原因分析  工况自动化，2003年04月第2期：46.