錦屏二級水電站2#、8#機組定子繞組耐壓放電問題原因分析與處理

孫 彬，邱小耕，李佳佳

(四川二灘國際工程咨詢有限責(zé)任公司，四川成都 611130)

1 概述

錦屏二級水電站發(fā)電機定子繞組由單匝線棒組成，6支路并聯(lián)，“Y”形連接，主引出線從-Y軸方向引出。中性點引出線從第二象限引出，與+Y軸成50°角，中性點引出線分為2組中性點，一組為 U、V、W 相 的 1、2、3 支路，另一組為 U、V、W相的4、5、6支路，2組中性點引出線接在一起，并采用電力電纜引出至接地變壓器接地。線棒周邊絕緣厚度均勻、具有良好的電氣、機械性能、抗老化、耐潮濕性能并具有不燃或難燃特性。定子線棒對地絕緣的外側(cè)用半導(dǎo)體復(fù)合物進(jìn)行防暈處理，定子線棒的端部絕緣采用防暈層與主絕緣一次成型結(jié)構(gòu)。繞組端部接頭經(jīng)銀銅焊接(采用中頻焊)、加工平整之后，套以玻璃纖維絕緣盒并填充樹脂化合物。不允許線棒之間用軟焊接頭。所有繞組的連接，包括極間連接線和引線銅排均采用銀銅焊，以確保其有足夠的機械強度和導(dǎo)電性能。

2 耐壓試驗放電問題

2．1 2#機組繞組耐壓試驗時發(fā)生放電現(xiàn)象

試驗前，先對整個定子繞組進(jìn)行加熱去潮，并將繞組溫度降至常溫，在絕緣電阻試驗、吸收比、極化指數(shù)試驗合格后進(jìn)行直流耐壓、直流泄漏、交流耐壓試驗。由于發(fā)電機線電壓UN=20kV，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，直流耐壓標(biāo)準(zhǔn)值為3UN=60 kV，最終整體交流耐壓標(biāo)準(zhǔn)值為2UN+3=43(kV)。當(dāng)2#機組直流耐壓升至58kV時，W相中性點引出線金屬支架與相中性點引出線端子絕緣板附近發(fā)生放電現(xiàn)象，最初判斷為局部毛刺放電，經(jīng)過灰塵擦拭處理后進(jìn)行三次升壓，仍在接近60kV時發(fā)生放電現(xiàn)象。為保證試驗順利進(jìn)行，現(xiàn)場采取對放電區(qū)域進(jìn)行除塵清掃和高分子絕緣板對地進(jìn)行電氣隔離措施，再次進(jìn)行直流耐壓后順利通過。此后進(jìn)行的交流耐壓試驗同在中性點V、W相發(fā)生放電現(xiàn)象，采用高分子絕緣板對地隔離的同樣方法后交流耐壓試驗順利通過。

2．2 8#機組耐壓試驗時發(fā)生放電現(xiàn)象

8#機組在完成絕緣電阻、吸收比、極化指數(shù)后，并在完成直流耐壓試驗進(jìn)行交流耐壓試驗時電壓升至38kV，匯流環(huán)與匯流環(huán)支撐架上部發(fā)生放電現(xiàn)象。對放電部位進(jìn)行清掃后重新升壓至38kV仍然發(fā)生放電現(xiàn)象，隨后現(xiàn)場采取臨時拆除放電部位匯流環(huán)支撐架進(jìn)行試驗，重新零起升壓至38kV，未再次發(fā)生放電現(xiàn)象，但電壓繼續(xù)升至41kV后在另外兩處匯流環(huán)支撐架上部發(fā)生放電現(xiàn)象，在采取相同方法、臨時對匯流環(huán)支撐架進(jìn)行拆除、零起升壓至43kV后未發(fā)生放電現(xiàn)象。

3 故障原因分析

因為試驗過程中對2#機組、8#機組放電部位進(jìn)行過清掃，甚至多次升壓，通過對2#、8#機組故障現(xiàn)場進(jìn)行觀察、分析，排除了金屬或絕緣層表面毛刺、尖角等原因。因此，現(xiàn)場將原因鎖定在強電壓下沿面放電所引起的爬電現(xiàn)象，并通過觀察現(xiàn)場放電部位是否存在爬電路徑、爬電距離是否滿足規(guī)范要求以及相關(guān)爬電產(chǎn)生的環(huán)境因素和條件進(jìn)行原因排查和分析。

(1)造成爬電的一般環(huán)境因素是由于絕緣部分附著污穢，使部分絕緣強度下降，在空氣潮濕環(huán)境下發(fā)生爬電。由于2#、8#機組均為安裝試驗階段，已對定子整體及繞組完成系統(tǒng)清掃工作，不存在大量污穢物，并且試驗前均進(jìn)行了加熱去濕，因此以上兩例放電可以排除外界環(huán)境直接導(dǎo)致的爬電現(xiàn)象。

(2)由于定子繞組試驗前經(jīng)過嚴(yán)格清掃，因此，發(fā)電站設(shè)備爬電距離按0級污穢等級計算為1．48cm/kV ×20kV(線電壓)=296(mm)。2#發(fā)電機中性點至導(dǎo)體至定子支撐(接地)中間存在的環(huán)氧板電氣隔離爬電距離應(yīng)滿足該爬電距離要求。實際上，發(fā)電機中性點引出線是由四塊尺寸相同的環(huán)氧玻璃布板組合、拼接，與鋼支撐架共同支撐的中性點引出線、環(huán)氧玻璃布板間存在間隙，耐壓時由于絕緣板與空氣介質(zhì)交界面上的電壓分布不均勻，從而使沿面閃絡(luò)電壓比空氣間隙的擊穿電壓低，易造成沿面放電。通過計算，其最短爬電距離為265-32-70+100=263(mm)，小于發(fā)電站0級污穢等級爬電距離296mm，無法滿足耐壓試驗爬電距離要求，最終引起爬電。

由于絕緣板是廠家整體到貨，無法滿足現(xiàn)場安裝要求，需對絕緣板進(jìn)行現(xiàn)場切割、分解和二次加工，拼接處表面粗糙度相對較差，進(jìn)而造成場強分布不均，絕緣板、中性點銅環(huán)引線外層絕緣形成放電通道。

正常發(fā)電機在發(fā)電態(tài)中性點不平衡電壓很低，中性點周圍按原有設(shè)計在發(fā)電態(tài)很難發(fā)生爬電現(xiàn)象，但現(xiàn)場線棒繞組安裝完成后，須經(jīng)過60 kV直流耐壓試驗、43kV交流耐壓試驗檢驗繞組安裝是否存在缺陷，此試驗過程將無可避免地會產(chǎn)生放電現(xiàn)象。

(3)8#機組匯流環(huán)支撐存在多處放電，通過對支撐架放電部位進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)同樣存在爬電路徑。但與2#機組不同的是，此次出現(xiàn)的爬電路徑與安裝有直接關(guān)系。分析得知:支架是由不銹鋼螺桿、環(huán)氧支撐塊組合而成，而廠家設(shè)計的不銹鋼外側(cè)是套有一根長度為1085mm的環(huán)氧玻璃布管，整個環(huán)氧塊(圖1)支撐高度為1101．1mm(一套匯流環(huán)支撐包含環(huán)氧支撐塊的數(shù)量為22塊)，個別環(huán)氧支撐塊之間將產(chǎn)生間隙。間隙產(chǎn)生的原因是由于匯流環(huán)焊接后需用云母帶涂刷EP139(絕緣樹脂)進(jìn)行裹包，若安裝匯流環(huán)支撐架在焊接裹包區(qū)域，會導(dǎo)致匯流環(huán)相鄰環(huán)氧支撐塊存在間隙，相當(dāng)于將長度為1085mm的環(huán)氧玻璃布管截短了一截。在施工中將長度為1085mm的環(huán)氧玻璃布管套至最底部時，會使最上層匯流環(huán)旁的不銹鋼螺桿裸露，而未得到環(huán)氧玻璃布管的電氣保護(hù)進(jìn)行耐壓試驗時，匯流環(huán)表面絕緣材料將被電極化，進(jìn)而導(dǎo)致沿面放電——爬電——裸露不銹鋼螺桿部位放電，其等效電路見圖2。

4 故障處理

4．1 2#機組發(fā)生故障的處理

根據(jù)相關(guān)發(fā)電廠檢修規(guī)程要求，小修更換部分繞組及大修前后需進(jìn)行交直流耐壓及相關(guān)配套試驗，如按原設(shè)計要求試驗存在爬電問題，因此，發(fā)電機設(shè)備廠家主設(shè)計師經(jīng)現(xiàn)場實際檢查后決定重新設(shè)計中性點引出線部位結(jié)構(gòu)并予以更換，后續(xù)機組全部按新修改的圖紙安裝。具體處理措施為:取消原有中性點不銹鋼支撐架，改用高強度環(huán)氧支撐板，將環(huán)氧支撐板與引出線端子之間的理論爬電距離提高為418mm。支撐板底部用M20螺栓固定三角支架與機座裝配固定，絕緣層用16玻璃纖維繩預(yù)浸漬EP139(絕緣樹脂)，對引出線和支撐板進(jìn)行綁扎固定，室溫固化24h以上;綁扎繩表面噴 GK128(環(huán)氧底漆)和DK222(聚亞安脂樹脂面漆)。這兩種漆均達(dá)到H級絕緣水平，耐熱溫度達(dá)180℃。

4．2 8#機組故障的處理

通過降低介質(zhì)表面電阻和對地電容，將有效降低相同電壓等級下沿面放電的機會。而降低對地電容的發(fā)電機繞組固有特性非常困難?，F(xiàn)場采取調(diào)整環(huán)氧支撐布管高度來提高體積電阻，同時對環(huán)氧支撐塊凹槽進(jìn)行局部修整、補刷LL16(低阻防暈漆)，使匯流環(huán)焊接裹包部位與之更好地貼合，使絕緣支撐塊、匯流環(huán)絕緣層與空氣介質(zhì)交界面上的電壓分布更加均勻，進(jìn)而有效降低了匯流環(huán)和環(huán)氧支撐塊的介質(zhì)表面電阻，確保了耐壓試驗順利通過。具體處理措施為:將爬電部位的環(huán)氧支撐板臨時拆除，調(diào)整裸露不銹鋼螺桿外層的環(huán)氧玻璃布管高度50～60mm，直至匯流環(huán)兩側(cè)環(huán)氧支撐塊間隙處不銹鋼螺桿已完全被環(huán)氧玻璃布管包裹、覆蓋。

5 結(jié)語

經(jīng)過現(xiàn)場及時有效的處理，2#、8#繞組整體耐壓試驗順利完成，并對同類問題進(jìn)行了相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)。通過對錦屏二級水電站2#、8#機組定子繞組耐壓放電問題進(jìn)行分析后認(rèn)為，在機組安裝中對以下環(huán)節(jié)應(yīng)特別注意控制:(1)在水電站非標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計制造及安裝過程中，設(shè)備廠家在設(shè)計時容易忽視現(xiàn)場實際安裝、試驗要求，在中性點安裝試驗階段，對于電氣及爬電距離是否能夠滿足試驗要求要做充分考慮或提出相應(yīng)措施;(2)現(xiàn)場實際安裝過程中，現(xiàn)場技術(shù)人員應(yīng)仔細(xì)推敲設(shè)計意圖，避免一些不確定因素影響試驗結(jié)果;(3)監(jiān)理或監(jiān)造人員應(yīng)及時對關(guān)鍵圖紙進(jìn)行技術(shù)審核，提前采取相關(guān)措施，避免出現(xiàn)不必要的返工。