水輪發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣故障試驗(yàn)查找

付朝霞

(北京十三陵蓄能電廠，北京 102200)

某抽水蓄能機(jī)組于1996年投產(chǎn)，為三相、立軸、空冷、半傘、同步可逆式機(jī)組。機(jī)組發(fā)電額定容量222 MVA，電動(dòng)額定容量218 MW，額定電壓13.8 kV，額定電流9 288 A，三相三支路星接，中性點(diǎn)不接地運(yùn)行。定子繞組為180槽雙層疊繞棒形繞組，整數(shù)短節(jié)距，定子線棒為F級(jí)環(huán)氧粉云母少膠VPI絕緣體系，線棒安裝采用彈性繞組安裝系統(tǒng)(EWB)。該機(jī)組每年安排一次C級(jí)檢修，并于2006年進(jìn)行了首輪A級(jí)檢修，A級(jí)檢修吊檢定子和轉(zhuǎn)子。此次檢修中發(fā)現(xiàn)定子線棒出槽口存在電腐蝕現(xiàn)象。

空冷黃絕緣抽水蓄能機(jī)組由于其特殊的運(yùn)行方式，容易產(chǎn)生電腐蝕。尤其是出槽口處，由于電位梯度大，場(chǎng)強(qiáng)集中且不均勻，若線棒表面和槽壁失去電接觸，在高電壓作用下，就極易發(fā)生高能量的容性放電，產(chǎn)生電腐蝕。

在A修中，對(duì)出槽口處電腐蝕采用半導(dǎo)體硅膠在線棒與齒壓板之間進(jìn)行“搭橋”處理，保證線棒槽部分良好的地電位。

1 試驗(yàn)項(xiàng)目安排

在2012年進(jìn)行的機(jī)組C級(jí)檢修期間，發(fā)電機(jī)安排有一項(xiàng)非標(biāo)項(xiàng)目，即局放耦合器的安裝。

定子繞組的常規(guī)C修試驗(yàn)項(xiàng)目包括：定子繞組絕緣電阻、吸收比及極化指數(shù)，定子繞組分支及總體直流電阻，定子繞組直流耐壓及泄漏電流，直流耐壓為2.5 Un(34.5 kV)。所進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目其試驗(yàn)數(shù)據(jù)均符合相關(guān)規(guī)程規(guī)定，且與歷史數(shù)據(jù)比較沒(méi)有明顯變化。

C修試驗(yàn)完成后，發(fā)電機(jī)進(jìn)行局放耦合器安裝。耦合器安裝于三相各分支的匯流排上。將安裝點(diǎn)的主絕緣打磨掉，露出銅導(dǎo)體與耦合器連接，安裝完成后對(duì)絕緣進(jìn)行重新包扎處理。

耦合器安裝完成24 h后，安排的試驗(yàn)項(xiàng)目包括：定子繞組絕緣電阻及吸收比，定子繞組直流耐壓及泄漏電流，定子繞組端部局部泄漏試驗(yàn)，定子繞組交流耐壓試驗(yàn)。

絕緣電阻、直流耐壓及泄漏電流、局部泄漏試驗(yàn)的結(jié)果均符合規(guī)程規(guī)定，且與耦合器安裝前的試驗(yàn)結(jié)果相比無(wú)明顯差別。然后進(jìn)行定子繞組的交流耐壓試驗(yàn)。

2 故障經(jīng)過(guò)

交流耐壓試驗(yàn)采用的是串聯(lián)諧振耐壓，耐壓值為1.5 Un，即20.7 kV。耐壓時(shí)被試相首尾短接，非被試相短接接地。

(1) A相試驗(yàn)時(shí)，當(dāng)電壓升至18 kV時(shí)，聽(tīng)到機(jī)坑內(nèi)傳出一聲響亮的放電聲，從聲音判斷，放電點(diǎn)在A相161—162槽附近。放電后失諧，儀器高壓直接斷開(kāi)。

(2) B相試驗(yàn)時(shí)，正常升壓至20.7 kV，耐壓時(shí)間為1 min，試驗(yàn)過(guò)程未出現(xiàn)異常閃絡(luò)或放電，試驗(yàn)通過(guò)。

(3) C相試驗(yàn)時(shí)，加壓至17.6 kV，發(fā)生了與A相類(lèi)似的放電現(xiàn)象，失諧，高壓自動(dòng)斷開(kāi)。觀察C相的放電位置在141—143槽附近。

3 故障位置查找

A，C相放電現(xiàn)象相似，放電聲音響亮，判斷聲音是從出槽口、繞組端部、匯流排等部位發(fā)出。

A相在耐壓試驗(yàn)異常放電后，無(wú)論是目視檢查還是絕緣測(cè)量，均未發(fā)現(xiàn)A相繞組存在明顯異常。C相耐壓試驗(yàn)異常放電后測(cè)量絕緣電阻，發(fā)現(xiàn)絕緣已經(jīng)擊穿，因此先從C相尋找故障點(diǎn)。

3.1 C相故障位置查找

C相出現(xiàn)放電現(xiàn)象后，用2 500 V搖表測(cè)量絕緣電阻，具體測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 C相絕緣測(cè)量結(jié)果

甩開(kāi)C相新裝的3個(gè)耦合器，再搖C-地絕緣，電壓升至500 V，絕緣值161 kΩ，排除耦合器的問(wèn)題。從絕緣電阻測(cè)量結(jié)果初步判斷，C相發(fā)生的是線棒絕緣對(duì)地?fù)舸┕收稀?/p>

C相繞組在耐壓試驗(yàn)時(shí)主絕緣已經(jīng)擊穿，但仍有100 kΩ的絕緣，屬于中低阻接地，未完全死接地。因此，決定采用“大電容放電法”，即用5 000 V絕緣搖表充放電觀察放電點(diǎn)，以確認(rèn)故障點(diǎn)位置。

將AB相短接，用5 000 V絕緣搖表對(duì)AB相充電5 min，然后對(duì)C相放電，觀察放電點(diǎn)。初步確認(rèn)為143槽上層線棒槽口處放電。

3.2 A相故障位置查找

目視檢查A相161、162槽附近相關(guān)位置，未發(fā)現(xiàn)異常放電痕跡。打開(kāi)耦合器檢查，一、二次接線均良好，未發(fā)現(xiàn)異常。檢查周?chē)恢?，也未發(fā)現(xiàn)放電痕跡。

用2 500 V搖表測(cè)量A-BC-地的絕緣，絕緣電阻值為1.56 GΩ，絕緣電阻數(shù)值與試驗(yàn)前相比未發(fā)現(xiàn)有明顯變化。

無(wú)論是目視檢查還是絕緣測(cè)量，均未發(fā)現(xiàn)A相繞組有明顯異常，因此決定對(duì)A相采用“加壓觀察法”查找?！凹訅河^察法”是對(duì)故障相和地之間加壓，觀察定子繞組是否有放電聲和火花或煙縷。

升壓至8.5 kV時(shí)，機(jī)坑內(nèi)162槽附近出現(xiàn)較嚴(yán)重放電聲，并觀察到162槽槽口處、線棒與齒壓板之間出現(xiàn)電火花，但此時(shí)儀器未失諧，故手動(dòng)降壓。檢查162槽上下層線棒層間，發(fā)現(xiàn)有類(lèi)似燒灼痕跡。

為了加快A相繞組故障點(diǎn)絕緣的燒穿，向162槽內(nèi)注半導(dǎo)體膠，與齒壓板進(jìn)行搭接，使162槽內(nèi)線棒接地良好。

注膠后，再用2 500 V搖表測(cè)量A-BC-地的絕緣，絕緣電阻值為2.65 GΩ。

再次升壓至5 kV，儀器失諧，高壓斷開(kāi)，無(wú)放電聲，觀察162槽有煙縷冒出。

此時(shí)用2 500 V搖表測(cè)量A-地絕緣，電壓僅升至153 V，絕緣值為37.4 kΩ，A-BC的絕緣電阻為1.98 GΩ。

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，初步確定A相故障為162槽線棒絕緣對(duì)地?fù)舸?，但未明確故障位置在上層線棒還是下層線棒。

4 故障線棒確認(rèn)

定子吊出后，首先進(jìn)行的工作是檢查確認(rèn)143號(hào)槽及162號(hào)槽故障線棒為上層線棒還是下層線棒。

打開(kāi)定子上下護(hù)板后，用中頻焊機(jī)將C相143號(hào)、A相162號(hào)線棒上端部連接板解焊，將上下層線棒分開(kāi)，再用2 500 V搖表分段測(cè)量絕緣電阻。具體測(cè)量結(jié)果如表2所示。

表2 故障位置線棒絕緣測(cè)量結(jié)果

從測(cè)量結(jié)果可以準(zhǔn)確判斷出：143號(hào)及162號(hào)槽均為上層線棒出現(xiàn)絕緣對(duì)地故障。

5 故障原因

故障線棒拆除后進(jìn)行的檢查發(fā)現(xiàn)，2根線棒的擊穿部位非常相似，均位于線棒上端部出槽口附近，擊穿部位有明顯的電腐蝕侵蝕燒灼痕跡，外絕緣有磨損。

6 結(jié)論

(1) 直流耐壓試驗(yàn)無(wú)法發(fā)現(xiàn)出槽口處的絕緣缺陷，而交流耐壓試驗(yàn)較易發(fā)現(xiàn)槽口處的絕緣缺陷。

(2) “加壓觀察法”和“大電容放電法”查找定子繞組故障點(diǎn)，均適用于接地部位在出槽口及端部等可視部位的對(duì)地故障情況。

(3) 對(duì)于空冷黃絕緣機(jī)組，由于其定子出槽口處復(fù)雜的場(chǎng)強(qiáng)分布及易臟污等特點(diǎn)，易發(fā)生電腐蝕。長(zhǎng)期的電腐蝕對(duì)主絕緣的侵蝕，會(huì)導(dǎo)致主絕緣缺失變薄，在耐壓試驗(yàn)中易出現(xiàn)對(duì)地?fù)舸┕收稀?/p>

大型水輪發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生絕緣擊穿時(shí)，如果處理不當(dāng)，極易使故障擴(kuò)大，從而增加修復(fù)難度，延長(zhǎng)修復(fù)工期。因此，在試驗(yàn)查找故障過(guò)程中，應(yīng)慎重選擇試驗(yàn)方法，避免故障范圍的擴(kuò)大。