某廠QFR－135－2J型燃機(jī)發(fā)電機(jī)定子繞組試驗(yàn)擊穿原因分析

趙明珠

(大唐蘇州熱電有限責(zé)任公司，江蘇 蘇州 215214)

0 引言

大唐蘇州某燃機(jī)電廠一期建設(shè)規(guī)模為2×200 MW級(jí)(E級(jí))燃?xì)猓羝?lián)合循環(huán)熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組。1號(hào)燃機(jī)發(fā)電機(jī)為QFR－135－2J型，其主要參數(shù)如下:額定容量135 MW;額定電壓13.8 kV;額定電流6646 A;額定頻率50 Hz;功率因數(shù)0.85(滯后);勵(lì)磁方式為自并勵(lì)。1號(hào)燃機(jī)發(fā)電機(jī)定子出廠到穿入轉(zhuǎn)子到做交接試驗(yàn)，在建設(shè)單位停留了23天。

1 事件經(jīng)過(guò)

2013年3月12日，在1號(hào)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子穿入后的第18天，對(duì)該發(fā)電機(jī)定子進(jìn)行交接性的耐壓試驗(yàn)。測(cè)量發(fā)電機(jī)三相絕緣良好后，進(jìn)行定子繞組泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn)，實(shí)測(cè)發(fā)電機(jī)A相泄漏電流偏大為68 μA，B相合格，C相電壓升至28.8 kV時(shí)，定子內(nèi)部出現(xiàn)了明顯的放電聲音，試驗(yàn)儀器電源跳閘。降壓后測(cè)量C相絕緣下降至950 MΩ。該廠技術(shù)人員隨即向上級(jí)公司領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行匯報(bào)，并讓制造廠派人來(lái)現(xiàn)場(chǎng)協(xié)助檢查。與此同時(shí)該廠技術(shù)人員查閱發(fā)電機(jī)出廠試驗(yàn)報(bào)告，報(bào)告顯示該發(fā)電機(jī)定子耐壓試驗(yàn)(三倍額定電壓)結(jié)論為合格。2013年3月15日電機(jī)制造廠技術(shù)人員趕到現(xiàn)場(chǎng)，打開(kāi)發(fā)電機(jī)兩側(cè)端蓋再次對(duì)定子繞組C相進(jìn)行泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn)。在電壓升至18.5 kV時(shí)，檢查發(fā)現(xiàn)勵(lì)端定子繞組5點(diǎn)半方向出現(xiàn)明顯放電現(xiàn)象。放電位置在距離端部不遠(yuǎn)處，基本可以看見(jiàn)放電跡象。初步判斷應(yīng)為26～31上層線棒出槽口處放電。為了進(jìn)一步確認(rèn)和處理?yè)舸c(diǎn)，通知施工單位清理場(chǎng)地，拆除燃機(jī)外罩殼，檢修平臺(tái)吊裝就位，軸瓦、轉(zhuǎn)子集電環(huán)罩吊離，于2013年03月21日抽出1號(hào)燃機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，經(jīng)檢查確認(rèn)C相29槽口3 cm處被擊穿，故障情形見(jiàn)圖1。

由于擊穿點(diǎn)內(nèi)側(cè)有部分疑似受潮生銹痕跡，電機(jī)制造廠技術(shù)人員認(rèn)為，該發(fā)電機(jī)定子線棒在電廠期間受潮導(dǎo)致絕緣性能下降可能是致使絕緣擊穿的主要原因。

圖1 故障情形

2 原因分析

2.1 設(shè)備的監(jiān)造情況分析

1)監(jiān)造過(guò)程缺失

大唐蘇州某電廠委托北京某工程咨詢有限公司對(duì)主機(jī)和主要輔機(jī)設(shè)備制造過(guò)程進(jìn)行監(jiān)造，并有常駐工程師對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組及燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組進(jìn)行監(jiān)造。從2012年5月起開(kāi)始，設(shè)備監(jiān)理工程師依據(jù)技術(shù)協(xié)議和供貨合同、技術(shù)協(xié)議中的有關(guān)條款和大唐集團(tuán)[2009]33號(hào)文件“中國(guó)大唐集團(tuán)公司工程項(xiàng)目發(fā)電設(shè)備監(jiān)理管理辦法”，參照電力、機(jī)械兩部頒發(fā)的[1995]37號(hào)文件《大型電力設(shè)備質(zhì)量監(jiān)造暫行規(guī)定》的要求和《駐大型電力設(shè)備制造廠總代表組工作條例》的規(guī)定，對(duì)該機(jī)組的設(shè)備的制造過(guò)程進(jìn)行了質(zhì)量監(jiān)造。

在發(fā)電機(jī)設(shè)備監(jiān)造總結(jié)中，駐廠監(jiān)理工程師對(duì)設(shè)備制造過(guò)程的文件、工藝、過(guò)程實(shí)施文件見(jiàn)證(R點(diǎn))、現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證(W點(diǎn))和停止點(diǎn)見(jiàn)證(H點(diǎn))、無(wú)損檢測(cè)(I點(diǎn))。

發(fā)電機(jī)定子監(jiān)造點(diǎn)見(jiàn)表1。

表1 發(fā)電機(jī)定子監(jiān)造點(diǎn)

查閱發(fā)電機(jī)出廠試驗(yàn)報(bào)告，未見(jiàn)繞組端部手包絕緣電位外移試驗(yàn)項(xiàng)目。詢問(wèn)制造廠人員，告知可能未進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)，回復(fù)稱通常僅對(duì)容量200 MW及以上機(jī)組要求進(jìn)行繞組端部手包絕緣電位外移試驗(yàn)，但監(jiān)造報(bào)告中見(jiàn)證項(xiàng)目表卻對(duì)此項(xiàng)試驗(yàn)描述為現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證點(diǎn)(W點(diǎn))。確認(rèn)沒(méi)有進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)。

2)設(shè)備出廠試驗(yàn)不夠完善

監(jiān)造報(bào)告要求，確認(rèn)檢驗(yàn)和試驗(yàn)的操作、過(guò)程是否符合檢驗(yàn)和試驗(yàn)規(guī)程，駐廠監(jiān)造師應(yīng)在試驗(yàn)報(bào)告上簽字確認(rèn)。但出廠試驗(yàn)報(bào)告上無(wú)駐廠監(jiān)造師對(duì)此試驗(yàn)項(xiàng)目的確認(rèn)簽字，可以確認(rèn)未進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)。

從現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)情況以及以往存在較多絕緣缺陷的情況分析，采用交、直流泄漏及耐壓試驗(yàn)法存在一定的局限性。當(dāng)端部絕緣出現(xiàn)局部缺陷時(shí)，由于其與鐵心距離較遠(yuǎn)，如端部接頭等處，則施加電壓到此處絕緣中的電位大大下降，不易被查出。故應(yīng)增加定子繞組端部手包絕緣電位外移試驗(yàn)，對(duì)發(fā)電機(jī)組定子線圈端部、引線處絕緣缺陷進(jìn)行檢查?？梢赃@樣假設(shè)，如果該定子線棒存在先天潛在絕緣制造缺陷，而又沒(méi)有進(jìn)行繞組端部手包絕緣電位外移試驗(yàn)，因此此缺陷是無(wú)法監(jiān)測(cè)或檢查出來(lái)的。

2.2 原因分析

圖1中疑似受潮生銹部位(27～30槽)，該發(fā)電機(jī)定子從出廠到現(xiàn)場(chǎng)安裝僅有23天時(shí)間，而定子始終在燃機(jī)發(fā)電機(jī)廠房之中，受潮生銹機(jī)率極小。但從銹跡上無(wú)法判斷生銹時(shí)間及地點(diǎn)。所以制造和監(jiān)造工作不容忽視。

2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)比對(duì)

3月12日交接試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2～表6。

表2 試驗(yàn)時(shí)的環(huán)境溫度及濕度

表3 用戶絕緣吸收試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 制造廠絕緣吸收出廠報(bào)告

表5 用戶直流泄漏及耐壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表6 制造廠直流泄漏及耐壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)

現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)C相電壓升至28.8 kV時(shí)，定子內(nèi)部出現(xiàn)放電聲音，隨即擊穿。A相繞組在交接試驗(yàn)時(shí)，3Un直流試驗(yàn)中泄漏電流在68 μA，遠(yuǎn)大于出廠試驗(yàn)報(bào)告泄漏電流值。對(duì)A相繞組進(jìn)行外觀檢查后，未發(fā)現(xiàn)明顯絕緣破損。再次試驗(yàn)時(shí)，加到1Un時(shí)泄漏電流達(dá)到100 μA。為保證安全，試驗(yàn)未再繼續(xù)進(jìn)行。協(xié)商后先按受潮情況處理，在A相繞組中接入2臺(tái)直流電焊機(jī)，因現(xiàn)場(chǎng)條件限制，只能通入600 A電流，同時(shí)在定子膛內(nèi)懸掛4只250 W紅外線燈泡和4只1000 W碘鎢燈進(jìn)行48 h烘干處理。處理后再行試驗(yàn)，直流耐壓前測(cè)試絕緣電阻、吸收比及極化指數(shù)均滿足規(guī)程要求。但直流耐壓加至0.5 Un時(shí)泄漏電流達(dá)到63 μA，1 Un時(shí)泄漏電流達(dá)到 186 μA 且有上升趨勢(shì)，停止直流耐壓試驗(yàn)，再測(cè)A絕緣電阻明顯下降。規(guī)程要求在規(guī)定試驗(yàn)電壓下，各相泄漏電流的差別不應(yīng)大于最小值的100%;最大泄漏電流在20 μA以下者，相間差值與歷次試驗(yàn)結(jié)果比較，不應(yīng)有顯著的變化。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)與出廠試驗(yàn)出入較大的原因可能是試驗(yàn)數(shù)據(jù)有假，且制造廠未注明試驗(yàn)儀器讓我們對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)留有懷疑。

3 結(jié)語(yǔ)

1)對(duì)照發(fā)電機(jī)監(jiān)造報(bào)告，見(jiàn)證項(xiàng)目表所列項(xiàng)目的見(jiàn)證點(diǎn)存在漏項(xiàng)，未能逐一落實(shí)，對(duì)設(shè)備的生產(chǎn)及試驗(yàn)監(jiān)造不到位。制造廠對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證點(diǎn)發(fā)電機(jī)定子繞組端部手包絕緣電位外移試驗(yàn)項(xiàng)目未進(jìn)行，為先天存在缺陷的出廠形成漏洞。

2)該臺(tái)發(fā)電機(jī)A、B、C三相分相試驗(yàn)過(guò)程中，可知絕緣吸收比完全合格。根據(jù)絕緣干燥時(shí)的吸收比應(yīng)大于2，而受潮后的吸收比約等于1。如果測(cè)試品受潮，那么在測(cè)試時(shí)，吸收電流不僅在起始時(shí)就減小，同時(shí)衰減也非?？欤毡鹊谋戎禃?huì)有明顯不同。所以通過(guò)測(cè)量吸收比可以判斷絕緣是否受潮，故可完全排除因受潮造成絕緣損傷。且C相線棒表面的絕緣爆破處無(wú)外力受損痕跡，從絕緣爆破出明顯可以看出絕緣是由內(nèi)向外爆破、炸裂，定子槽部及轉(zhuǎn)子表面均無(wú)明顯放電痕跡。查閱出廠試驗(yàn)報(bào)告，耐壓試驗(yàn)雖然合格但直流泄漏值偏大(28 μA)。據(jù)此分析，此次故障原因極可能是該線棒絕緣擊穿處應(yīng)存在先天性的絕緣缺陷，如絕緣層間可能存在氣泡、裂紋或雜質(zhì)、絕緣層剝離等。試驗(yàn)中空間電荷主要分布在正負(fù)電極附近的絕緣中，它對(duì)電場(chǎng)的影響主要發(fā)生在電極附近的介質(zhì)中，可使電極附近的介質(zhì)中最大電場(chǎng)強(qiáng)度比平均電場(chǎng)強(qiáng)度高5～6倍。在出廠的耐壓試驗(yàn)過(guò)程中，雖未造成絕緣擊穿，但電離出來(lái)的電子、正負(fù)離子在絕緣內(nèi)部氣隙進(jìn)一步侵蝕、破壞絕緣，最終導(dǎo)致該處絕緣在交接直流耐壓試驗(yàn)中擊穿。