新村電站發(fā)電機定子線圈絕緣擊穿故障分析

李超峰

(新村電力有限責(zé)任公司，四川　樂山　610004)

新村電站發(fā)電機定子線圈絕緣擊穿故障分析

李超峰

(新村電力有限責(zé)任公司，四川樂山610004)

1概述

新村電站地處四川省樂山市境內(nèi)，是大渡河支流小河流域末級電站，國營性質(zhì)。始建于1987年底，于1990年3月建成發(fā)電，共安裝2臺水輪發(fā)電機組，總裝機容量2×3 200 kW。電站屬無調(diào)節(jié)引水式高水頭電站，設(shè)計引用流量5.0 m3/s、設(shè)計水頭171.6 m，主要機電設(shè)備有2臺水輪發(fā)電機組，其中水輪機型號HL100—WJ—84，發(fā)電機型號SFW3200—6/1730，轉(zhuǎn)速1 000 r/min。2007年2月進行了發(fā)電機的增容改造，即將原定子2×4.75 mm銅線圈更換為2.24×5 mm銅線圈；將原B級絕緣升級為F級；以及更換相應(yīng)的槽楔、墊條等附件和材料。

2故障過程及現(xiàn)象

2015年4月15日10時15分，伴隨著一聲“砰”的爆炸，警鈴、蜂鳴器、報警音響大作，2號發(fā)電機電器事故，差動保護動作、開關(guān)跳閘、水機停機。經(jīng)現(xiàn)場排查，6 kV電纜、CT、變壓器均未見異常。拆除發(fā)電機首、末端引線后，搖測發(fā)電機定子線圈對地絕緣分別為：A相4 MΩ；B相0.4 MΩ；C相為0。至此，基本確定發(fā)電機線圈故障(見圖1)。

拆除發(fā)電機兩側(cè)邊蓋現(xiàn)場觀察：發(fā)電機冷卻風(fēng)通道兩側(cè)均有數(shù)量不等散落的槽楔、墊條；線圈表面附著較多碳刷與油污混合(見圖2)。

從圖中可看出，線圈疊壓處有明顯摩擦傷痕，局部外表層已有脫落現(xiàn)象。

圖1　發(fā)電機定子線圈未分解時情況

圖2發(fā)電機線圈分解后情況

經(jīng)對線圈進一步逐個檢測后，發(fā)現(xiàn)10支線圈絕緣明顯降低，其中C相2支為對地直接擊穿，8支為短路瞬間受弧光灼傷所致。觀察線圈表面及內(nèi)層絕緣體未見絕緣老化痕跡或表象,這2支故障線圈下端層間有較多黑色油泥附著物及散落的個別槽契和墊條。

從現(xiàn)場情況以及試驗數(shù)據(jù)來看：部分線圈、固定綁繩有松動情況，線圈上層與下層之間窄邊處主絕緣磨損嚴重，寬邊防暈層完好。擊穿點位于線圈下端部彎曲處，有接近10 mm防暈層消失，主絕緣磨損，清晰可見銅線圈，故障處仍可見散落的墊條和附著的碳灰泥。其他8支線圈情況基本相同，磨損情況尚未達到擊穿條件。

3原因分析

3.1引起線圈振動的振源分析

(1)發(fā)電機運行時，轉(zhuǎn)子在定子內(nèi)腔旋轉(zhuǎn)，由于定子、轉(zhuǎn)子磁場的相互作用，定子機座將受到1個旋轉(zhuǎn)力波的作用，從而發(fā)生周期性的變形并產(chǎn)生振動。振動大小則和旋轉(zhuǎn)力波及機座剛度直接有關(guān)。由于定子鐵芯槽內(nèi)的線圈是疊繞式的，上、下層各有1根不同相，機組在運行過程中，定子繞組三相電流在同一時間內(nèi)、同一槽內(nèi)的線圈總是存在相吸或相斥。由于相位的差別，吸力會有1個周期性的強弱變化，所以同一槽內(nèi)線圈之間固定存在1個低頻振動。

(2)氣隙不均勻引起的電磁振動。在一般情況下，因制造加工和現(xiàn)場裝配工藝的原因，氣隙不均勻(或稱氣隙偏心)總是在合理的范圍內(nèi)存在。

(3)在機組運行的情況下，流體—機械—電磁3部分是相互影響的。比如，當轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均勻時，產(chǎn)生了重心位移，不平衡重量在旋轉(zhuǎn)時將產(chǎn)生單邊離心力，引起了變化的支撐力，因而產(chǎn)生機械振動。同時，發(fā)電機的固有頻率與水輪機尾水脈振頻率產(chǎn)生共振，也會造成機械振動。

3.2線圈故障現(xiàn)狀表現(xiàn)分析

下層線圈端部直接在端環(huán)上綁扎，且在槽底受到空間限制，固定牢固能夠隨定子整體一致振動，未發(fā)現(xiàn)相互位移摩擦痕跡；上層線圈部分墊條、槽契完全脫落，存在與下層線圈的相對振動位移，力度較大。造成上層線圈發(fā)生短路的直接原因是固定出現(xiàn)了松動。松動的原因是固定用半導(dǎo)體墊條不夠，加上更換線圈時在壓實墊條和打緊槽契的施工工藝存在缺陷，造成線圈固定剛性不統(tǒng)一，槽契與線圈天然地存在一定的彈性空間，在多種振動力量的綜合作用下，上、下層線圈產(chǎn)生了一定的徑向相對運動。隨著時間的推移積累，松動的墊條、槽契逐漸脫落，在冷卻風(fēng)的吹帶下，散落過程中對線圈絕緣造成了傷害，通過鐵芯通風(fēng)孔散落在外，松動加劇，相對位移增加，上層線圈層間表面放暈層、絕緣層不斷地被破壞，逐漸傷及主絕緣；由于端部線圈承受的激振力較大，磨損首先破壞了端部線圈的主絕緣，造成線圈短路被擊穿。

4防止此類事故的措施

(1)在設(shè)備設(shè)計制造過程中嚴格把握發(fā)電機線圈防暈技術(shù)及其線圈下線安裝固定工藝。

(2)對于已經(jīng)投運的發(fā)電機在每年檢修期間都必須注意檢查定子線圈槽契、墊條的松緊狀況，注意觀察定子線圈端部的外觀情況。

(3)安裝水輪發(fā)電機穩(wěn)定性專家故障診斷和在線局放檢測系統(tǒng)。

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責(zé)任編輯吳昊

收稿日期：2016-01-19

作者簡介：李超峰(1969-)，男，工程師，主要從事水電站生產(chǎn)管理工作。