發(fā)電機(jī)定子繞組重大絕緣缺陷的分析和處理

丁澤宇

（陽(yáng)城國(guó)際發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 晉城 048102）

0 引言

發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)的心臟，它能否可靠地工作，直接影響發(fā)供電的質(zhì)量。發(fā)電機(jī)在制造及解體大修過程中，絕緣可能受到損傷，形成弱點(diǎn)，在運(yùn)行過程中會(huì)不斷受到振動(dòng)、發(fā)熱、電暈、化學(xué)腐蝕以及各種機(jī)械力的作用，故它的各個(gè)部件都會(huì)逐漸老化，直到損壞。為了及早發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)是必要的方法之一。

某火力發(fā)電廠1號(hào)發(fā)電機(jī)組系哈爾濱電機(jī)有限責(zé)任公司設(shè)計(jì)制造的QFSN-350-2型350 MW汽輪發(fā)電機(jī)，額定容量412 MVA、額定電壓20 kV、額定電流11 887 A、定子繞組連接方式Y(jié)Y、冷卻方式為水氫氫冷卻。該廠2003年9月29日1∶13分對(duì)該機(jī)組停機(jī)進(jìn)行B級(jí)檢修工作，9月30日開始對(duì)1號(hào)發(fā)電機(jī)進(jìn)行B級(jí)檢修前的預(yù)防性試驗(yàn)。進(jìn)行到發(fā)電機(jī)C相直流耐壓試驗(yàn)時(shí)，在電壓升至2.0Ue/40 kV維持1 min后繼續(xù)升壓時(shí)，試驗(yàn)人員發(fā)現(xiàn)微安表指針劇烈擺動(dòng)（具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1，Ue為發(fā)電機(jī)額定電壓），13 m層發(fā)電機(jī)本體現(xiàn)場(chǎng)觀察人員發(fā)現(xiàn)有放電現(xiàn)象，試驗(yàn)小組立即停止了預(yù)防性試驗(yàn)并匯報(bào)公司領(lǐng)導(dǎo)。

表1 發(fā)電機(jī)定子繞組直流耐壓試驗(yàn)數(shù)據(jù) μA

為了徹底查明該缺陷，決定延長(zhǎng)檢修周期對(duì)1號(hào)發(fā)電機(jī)進(jìn)行解體大修。在對(duì)1號(hào)發(fā)電機(jī)進(jìn)行解體大修過程中，對(duì)該發(fā)電機(jī)進(jìn)行了各項(xiàng)試驗(yàn)、檢查工作，以確定1號(hào)發(fā)電機(jī)C相缺陷性質(zhì)，并提出處理方案。

1 缺陷查找過程

1.1 分析判斷

經(jīng)組織專業(yè)技術(shù)人員分析，直流耐壓試驗(yàn)?zāi)芨行У匕l(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)定子繞組端部缺陷及間隙性缺陷，而且試驗(yàn)對(duì)絕緣的損傷程度較小，試驗(yàn)過程中A相、B相直流耐壓試驗(yàn)都合格，C相直流耐壓試驗(yàn)時(shí)電壓升至2.0 Ue，維持1 min后繼續(xù)升壓時(shí)微安表指針劇烈擺動(dòng)。分析認(rèn)為C相定子繞組端部某部位有絕緣缺陷或放電性故障，其他兩相對(duì)地和相間絕緣正常。但由于發(fā)電機(jī)定子繞組端部臟污情況對(duì)直流泄漏電流測(cè)量影響很大，為了排除端部對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，在發(fā)電機(jī)解體檢查后應(yīng)對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組進(jìn)行清理，尤其是對(duì)定子端部繞組絕緣表面進(jìn)行清理，使其無灰塵、油污。

由于汽缸溫度高盤車不能停，需等盤車停止后解體進(jìn)行進(jìn)一步檢查確認(rèn)。公司在向集團(tuán)公司匯報(bào)后，立即聯(lián)系了制造廠家和電機(jī)維修單位等修理廠家。

1.2 解體檢查

a）10月2日，打開發(fā)電機(jī)端蓋后，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)定子繞組端部線圈的綁線、墊塊及槽楔出現(xiàn)大量的松動(dòng)現(xiàn)象，個(gè)別墊片已經(jīng)掉落在底部。同時(shí)發(fā)現(xiàn)多處端部主繞組振動(dòng)而產(chǎn)生黃粉現(xiàn)象，證明該處的端部線圈振動(dòng)較大。另外發(fā)現(xiàn)在發(fā)電機(jī)兩端繞組槽口直線段端部墊塊非常松動(dòng)，已經(jīng)脫落，觸及發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的兩端護(hù)環(huán)上磨出3～4 cm寬的劃痕。在發(fā)電機(jī)汽側(cè)上部有一繞組的槽口直線段部位有明顯的絕緣破損現(xiàn)象。

b）為了排除發(fā)電機(jī)定子繞組端部臟污情況對(duì)直流泄漏電流測(cè)量結(jié)果的影響，對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組進(jìn)行清理，尤其是對(duì)定子端部繞組絕緣表面進(jìn)行徹底清理，并對(duì)其進(jìn)行干燥處理，使其無潮氣、灰塵、油污情況。

c）為了進(jìn)一步確認(rèn)缺陷部位，對(duì)發(fā)電機(jī)重新進(jìn)行了直流耐壓試驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電機(jī)兩端布置專業(yè)人員進(jìn)行觀察。當(dāng)試驗(yàn)電壓升至15.2 kV時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣破損的繞組有放電現(xiàn)象，經(jīng)過確認(rèn)找出了故障繞組及部位。為進(jìn)一步確認(rèn)故障點(diǎn)的數(shù)量，對(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)缺陷的繞組進(jìn)行割斷并隔離，然后再次進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)，A、B、C三相直流耐壓試驗(yàn)全部合格，確認(rèn)故障部位只有一處。

2 缺陷處理方案

a）將發(fā)電機(jī)定子絕緣損壞的舊繞組更換為新繞組，新繞組對(duì)接采取銀焊條焊接；對(duì)舊繞組進(jìn)行絕緣恢復(fù)處理，經(jīng)試驗(yàn)合格后作為備件。

b）全面檢查發(fā)電機(jī)定子端部繞組、槽楔及定子鐵芯，重新處理端部綁扎帶，取消槽口原有的墊塊，采用環(huán)氧滌玻繩進(jìn)行正、反綁扎固化的新工藝處理，檢查打緊松動(dòng)的槽楔。關(guān)門槽楔采用加半導(dǎo)體墊片打緊并固定處理，端部松動(dòng)的墊塊再加墊片打緊固定處理。

端部繞組處理情況說明：除去原有的綁扎帶；用銼平其表面，然后用80號(hào)砂紙進(jìn)行打磨，之后用丙酮對(duì)其進(jìn)行清理；在已打磨好的表面裹上一層樹脂墊；在樹脂墊表面包上一層綁扎帶；用綁扎帶進(jìn)行綁扎；每綁扎一圈后對(duì)綁扎帶刷環(huán)氧樹脂，然后用加熱器進(jìn)行烘烤，直到綁扎好并刷上環(huán)氧樹脂后用點(diǎn)鎢燈烤10 h（溫度為70～80℃）；烘烤10 h，之后在其表面刷上一層覆蓋漆。

端部槽楔處理情況說明：除去原有的固定物（防止碎屑掉進(jìn)繞組里面），并加半導(dǎo)體墊片打緊；后用砂紙進(jìn)行打磨處理端部槽楔槽口；混合好的環(huán)氧樹脂系膠結(jié)劑修補(bǔ)固定端部槽楔槽口；膠固化后在其表面刷一層防暈漆。

c）用帶電清洗劑對(duì)定子端部繞組進(jìn)行清洗、吹灰、噴漆、烘干處理。

d）上述步驟完成后對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組進(jìn)行各項(xiàng)預(yù)防性試驗(yàn)：直阻、絕緣、吸收比、直流耐壓及交流耐壓試驗(yàn)，其試驗(yàn)數(shù)據(jù)全部合格后方能進(jìn)行下步工作。

3 原因分析

a）發(fā)電機(jī)定子端部繞組直線段槽口墊塊松動(dòng)是由于制造工藝原因造成。由于采用梯形墊塊，墊塊是大頭朝里小頭朝外放在繞組中間，只是從小的一端穿眼向外用綁線拉緊固定，由于綁線沒有良好固化而產(chǎn)生松動(dòng)，應(yīng)該兩頭穿眼用綁線固定并用環(huán)氧樹脂良好固化。

b）發(fā)電機(jī)端部繞組綁扎松動(dòng)原因是墊塊和綁線固定不良造成，墊塊和綁線沒有被環(huán)氧樹脂浸透而存在彈性，時(shí)間長(zhǎng)易松動(dòng)、摩擦，此原因也屬于制造工藝不良造成。

c）發(fā)電機(jī)槽楔松動(dòng)并且半導(dǎo)體墊片由于松動(dòng)跑出繞組，屬于制造時(shí)質(zhì)量不良造成。

d）發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣破損的原因：根據(jù)形成的形狀分析，上層繞組距離槽口不遠(yuǎn)處主絕緣有一缺口；經(jīng)取出該繞組，缺口從端部看呈外淺里深的三角形，朝里最深處達(dá)2 mm，缺口處有爬電痕跡。經(jīng)廠家分析認(rèn)為是該發(fā)電機(jī)組裝在定子繞組打緊槽楔時(shí)，由于工作人員不小心將該繞組擊傷所造成。

e）本次檢修前進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)才發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷的原因是，被擊傷的繞組經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行出現(xiàn)爬電、產(chǎn)生電腐蝕促使繞組主絕緣逐步下降。

4 結(jié)論

通過對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù)和1號(hào)發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣缺陷形狀分析，認(rèn)為制造廠家在組裝該發(fā)電機(jī)時(shí)，由于工作人員對(duì)定子繞組打槽楔不小心將該繞組擊傷，留下該繞組主絕緣隱患。判斷造成此缺陷原因的依據(jù)主要有以下幾點(diǎn)：一是絕緣面漆被破壞而且破口是從端口向里撞擊形成，故該絕緣破損缺口是在繞組制造好以后發(fā)生的；二是繞組絕緣固化后非常堅(jiān)固，非金屬物器很難造成創(chuàng)傷；三是在安裝或檢修中都非常注意對(duì)發(fā)電機(jī)保護(hù)，不會(huì)在端部喇叭口進(jìn)行安裝和修理工作。

同時(shí)發(fā)現(xiàn)該發(fā)電機(jī)定子繞組兩端端部綁扎繩和墊塊有大量松動(dòng)現(xiàn)象，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行端部主繞組由于松動(dòng)而振動(dòng)產(chǎn)生黃粉。被擊傷的該根繞組出現(xiàn)爬電，產(chǎn)生電腐蝕使其主絕緣逐步下降，在此次發(fā)電機(jī)B級(jí)檢修前直流耐壓試驗(yàn)中，由于該繞組絕緣擊穿放電被發(fā)現(xiàn)，避免了運(yùn)行中該根有絕緣缺陷隱患的繞組發(fā)生主絕緣擊穿而擴(kuò)大為相對(duì)地短路或相間短路的重大事故。

通過對(duì)發(fā)電機(jī)積極、有效的檢修，主要進(jìn)行更換受損繞組、絕緣恢復(fù)、端部繞組綁扎及槽楔加固處理，該發(fā)電機(jī)各項(xiàng)預(yù)防性試驗(yàn)數(shù)據(jù)全部合格，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2、表3。

表2 發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣、吸收比及直流耐壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)

5 防范措施

為防止發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生此類絕緣缺陷，應(yīng)采取以下幾點(diǎn)防范措施，具體防范措施如下。

a）發(fā)電機(jī)是發(fā)電廠及整個(gè)電力系統(tǒng)的心臟，一定要做好設(shè)備監(jiān)造和出廠前的各種驗(yàn)收工作。

b）發(fā)電機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)要加強(qiáng)質(zhì)量安全管理，注意保護(hù)發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子，制定切實(shí)可行的保護(hù)方案并給予落實(shí)；發(fā)電機(jī)穿轉(zhuǎn)子和安裝端蓋前要及時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)整體繞組、特別是端部繞組進(jìn)行相應(yīng)的外觀檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)絕緣異常情況。

表3 發(fā)電機(jī)定子繞組直阻及交流耐壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)

c）發(fā)電機(jī)出口附近發(fā)生相間和三相短路后，一定要對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行檢查，確定定子端部繞組綁扎無松動(dòng)及各項(xiàng)預(yù)防性試驗(yàn)合格后方可投入運(yùn)行。

d）發(fā)電機(jī)投產(chǎn)1年后應(yīng)按照規(guī)定進(jìn)行檢查性大修，對(duì)年運(yùn)行小時(shí)數(shù)較高的發(fā)電機(jī)組一定要按照規(guī)定的周期進(jìn)行A級(jí)檢修。

e）發(fā)電機(jī)A級(jí)檢修前后一定要按照《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》規(guī)定的方法和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)預(yù)防性試驗(yàn)，并進(jìn)行檢修前后的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)照分析，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。

f）對(duì)隨機(jī)出廠的備用定子繞組做好相應(yīng)保管工作，避免保管和搬運(yùn)不當(dāng)造成備用定子繞組絕緣損壞，起不到事故備件的作用。

g）發(fā)電機(jī)A級(jí)檢修時(shí)應(yīng)詳細(xì)檢查定子線圈端部和槽楔的緊固情況，對(duì)松動(dòng)的部位要采取嚴(yán)格的措施及工藝進(jìn)行處理。

6 結(jié)束語(yǔ)

造成發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣缺陷的原因有許多，只有在工作中認(rèn)真觀察及分析，準(zhǔn)確地找出主要原因并針對(duì)性進(jìn)行處理，才能有效地解決發(fā)電機(jī)絕緣缺陷問題，保證發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期安全、穩(wěn)定運(yùn)行。