馮家山一級電站水輪發(fā)電機掃膛事故的處理方法

劉 韋，王新華，王 偉

（1.寶雞市馮家山水庫管理局，陜西 鳳翔 721405；2.煙臺萊山區(qū)水利局，山東 煙臺 264003）

馮家山一級電站是馮家山水庫樞紐工程的一部分，位于渭河一級支流千河下游，地處陜西寶雞。水電站為壩后式，1989年建設，裝機2臺，容量2×1250kW，設計水頭17.5m，設計流量15m3/s。水輪機由重慶水輪機廠生產(chǎn)，型號HL123-LJ-120，單機額定出力1135kW。發(fā)電機配套為TSL260/42-24型，豎軸懸掛式結構，總重21.62t，轉子重10.85t，額定電壓6kV，轉速250r/min，永磁機勵磁，勵磁電壓108.5V。

2007年4月，機組運行過程中，雜物進入1#水輪機，導致出力由900k W迅速下降至400kW，過水流量由7m3/s減少至4m3/s左右，同時在停機過程中剪斷銷被剪斷兩根。經(jīng)檢修后機組可勉強運行，但水導軸承磨損漏油，水機盤根漏水嚴重，振動顯著增大，并多次發(fā)生部件緊固螺栓松動。

2008年5月，機組運行過程中，1#發(fā)電機的導瓦溫度故障報警，1#發(fā)電機定子中冒出膠木氣味，并伴有閃光和火花，同時轉子滑環(huán)與碳刷間也發(fā)生放電現(xiàn)象。對該發(fā)電機進行檢查，發(fā)現(xiàn)定子局部有明顯燒傷痕跡，下導軸承和水導軸承偏磨。用兆歐表測發(fā)電機定子絕緣電阻為30MΩ，轉子絕緣電阻為5MΩ，絕緣滿足要求。但轉子與定子間隙狹小，無法進一步鑒定設備損壞程度，需要對水輪發(fā)電機組進行解體檢查，確認故障原因，制定科學的檢修方案。

通過對水輪發(fā)電機組存在故障現(xiàn)象的分析，初步判斷電機發(fā)生了掃膛事故，具備大修條件。大修施工分解體、修理、回裝三個階段進行，大修中嚴格執(zhí)行有關標準。

1 機組解體檢查及掃膛原因分析

機組解體前應準備好有關圖紙、技術文件和試驗資料，并組織學習，按檢修范圍和機組結構特點，由上到下，由里到外進行解體，對相關零件按照方位標注記號。部件解體后，進行全面檢查，查找設備缺陷，掌握設備技術情況，分析故障原因，為零件修復提供依據(jù)。

機組解體吊出轉子后，從發(fā)電機端向水輪機方向看，在坐標第三象限的x軸線下部30°～45°之間定子繞組中部有6個線槽機械擦傷，上部有幾條明顯的擦痕，擦傷處中間的兩個槽，槽楔燒毀，線棒外層絕緣燒傷，但無放電痕跡；定子磁極磨損部位局部已出現(xiàn)高溫燒藍現(xiàn)象；轉子僅有幾個高點擦傷，磨損部位無燒傷、放電痕跡，轉子擋風板上的灰垢嚴重，其余完好。經(jīng)檢查發(fā)電機定子及轉子的燒傷痕跡為機械擦碰所致，確認發(fā)電機發(fā)生了掃膛事故，掃膛面積為順圓周長度約200mm，上下高度約6mm。

對水輪機解體檢查時發(fā)現(xiàn)水機轉輪內夾有三塊石塊及一個廢輪胎，這些雜物導致機組水力及轉動慣量不平衡，機組振動增加。過大的振動，使機組處于極危險的狀況，引起零部件疲勞破壞，各部件的緊固連接件松動，從而加劇了連接部位的振動，使機組軸線傾斜或曲折，造成碳刷冒火花，定子與轉子相互擦碰，最終導致定子掃膛事故的發(fā)生。

2 損傷部件處理方法及工藝措施

損傷部件的檢修應結合解體后的實際情況，采用合理的工藝措施，嚴格按照檢修規(guī)程進行修復。

2.1 檢修注意事項

1）進出定子內部時，不可踩踏定子繞組部接頭，定子兩端的繞組應用氈墊和膠皮蓋好；

2）凡是拆下來的零件和對號裝設的電氣接頭，均應編號并登記；

3）不可采用鐵器等硬物敲打發(fā)電機絕緣部分；

4）焊接繞組接頭時，高溫碳棒的放置應牢靠，不可觸及繞組絕緣，不可兩極接觸，不可放在行人來往處。

2.2 定子擦傷處理

1）若定子線棒絕緣輕度磨損，可將損壞的絕緣清理干凈，在損壞處包裹原質絕緣帶，涂以原質絕緣漆，并將槽楔緊固。這些工作完成后，在定子表面噴一層1321灰色防油絕緣漆。

2）若定子線棒絕緣損壞嚴重，則需更換線棒。先拆除舊線棒接頭絕緣和銅并套，再應用直流電焊機加熱線棒，使其變軟取出，線棒溫度控制在80～100℃之間。更換線棒后應進行電氣預防性試驗，耐壓合格后才能進行定子線圈排線。定子排線上、中、下線棒間應加墊，排線結束后，對定子繞組進行泄漏電流和交、直流耐壓試驗，整組耐壓試驗應合格。

3）硅鋼片之間的絕緣損壞，可使鐵心短路，造成鄰近線棒的絕緣過熱而擊穿，應做鐵心發(fā)熱試驗，根據(jù)試驗結果再做處理。2500V兆歐表測1#發(fā)電機定子繞組絕緣電阻滿足要求，萬用表測擦傷的硅鋼片之間的絕緣，各片間絕緣也良好，確定定子線棒和鐵心屬輕度磨損，故決定對損壞的線棒及硅鋼片采用絕緣漆處理。

先清除燒毀的槽楔，用0.3～0.4MPa的干燥壓縮空氣吹凈定子繞組灰塵、雜物，再用酒精擦掉繞組上的臟污與油垢。將燒傷的線棒外層絕緣略微撬開，并將損壞的絕緣清理干凈，在損壞處包裹原質絕緣帶并涂以原質絕緣漆。將定子擦傷處表面徹底清除干凈，并清理硅鋼片疊層間失效的絕緣漆，深度1mm，再噴一層原質絕緣漆，低溫烘干。定子絕緣處理完后，用專用工具打入槽楔，并檢查槽楔緊固情況，必要時可加墊打緊槽楔。最后在定子表面噴一層1321絕緣漆，分3次噴涂，每次厚度約40μm，漆膜不宜過厚，以免影響冷卻效果。

2.3 轉子磨損處理

500V兆歐表測1#發(fā)電機轉子絕緣電阻滿足要求，故轉子屬輕度磨損，決定對轉子繞組同樣采用絕緣漆處理。清除1#發(fā)電機轉子擋風板上的灰垢、雜物，用壓縮空氣吹凈轉子繞組，用酒精擦掉繞組上的臟污與油垢。轉子磨損較輕處用砂紙打磨，消除毛刺，清掃干凈，表面涂原質絕緣漆。轉子磨損較重處，在線匝之間墊以刷有硅有機漆作粘合劑的云母板，匝間絕緣全部處理后，將繞組進行整形，表面涂原質絕緣漆。繞組處理完畢后，在轉子表面噴一層1321絕緣漆。

2.4 發(fā)電機電氣試驗

發(fā)電機定子和轉子的絕緣漆烤干后，回裝前應對定子和轉子的繞組進行電氣預防性試驗。1#發(fā)電機定子繞組額定電壓應達到6kV，繞組局部修復，大修后定子絕緣電阻應大于6MΩ，吸收比應不低于1.3，交流耐壓試驗電壓應達到9k V，并持續(xù)1min；轉子勵磁電壓應達到108.5V，轉子繞組絕緣電阻應不低于0.5MΩ，交流耐壓試驗電壓應不低于1000V。經(jīng)試驗，1#水輪發(fā)電機絕緣滿足相應技術等級要求，耐壓試驗合格。

3 機組回裝的質量控制

機組回裝按照有關標準，嚴格控制安裝質量。

1）確立安裝質量控制流程，明確影響安裝質量的主要因素，包括人員、材料，設備施工順序和方法等。安裝質量控制流程明確后，進一步完善質量監(jiān)督組織和制度，建立相應的檢驗方法和工作程序。

2）抓好質量檢驗，對每一個施工和安裝的工序都根據(jù)制定的施工細則和操作規(guī)程，按照行業(yè)質量和安全標準及時驗收，發(fā)現(xiàn)問題及時糾正。

3）對違反施工和操作規(guī)程，不按施工圖紙施工，原材料不合格者，必須停止施工，糾正后才能繼續(xù)施工。發(fā)生質量問題（事故）必須立即上報主管部門，同時組織力量調查處理。

4 結語

機組回裝后試運行正常。投入正常生產(chǎn)以來，運行工況穩(wěn)定，機組振動、大軸擺動、軸承瓦溫等符合運行要求，定子運行溫度正常，氣隙無明顯變化，表明此次大修取得了預期效果。

[1]葉元端. 水力機組及輔助設備檢修[M]. 北京: 水利電力出版社, 1993.

[2]羅云霞, 虞放. 電氣一次設備維護與檢修[M]. 北京: 中國計劃出版社, 1999.

[3]GB/T8564-2003. 水輪發(fā)電機組安裝技術規(guī)范[S].