燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)定子接地故障分析與處理

劉建峰，葉美紅，武繼超

（福建閩興水電有限公司，福建南平353000）

?

燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)定子接地故障分析與處理

劉建峰，葉美紅，武繼超

（福建閩興水電有限公司，福建南平353000）

結(jié)合已發(fā)生的一次燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)定子接地故障，詳細(xì)介紹了故障查找過(guò)程和原因，選擇了不拆機(jī)的修復(fù)方案，并簡(jiǎn)要介紹了定子線棒修復(fù)工藝，為同類型水輪發(fā)電機(jī)故障搶修和設(shè)備維護(hù)提供借鑒。

貫流式；水輪發(fā)電機(jī)；定子接地；鐵芯

1　引言

峽陽(yáng)水電廠位于福建省南平市西北郊，是富屯溪干流順昌以下河段開發(fā)的第二級(jí)電站，2001年12月首臺(tái)機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電，2002年6月全部建成投產(chǎn)。電站裝有3×14.6MW的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)型號(hào)為SFWG14.6-70/6220，采用條式波繞組，機(jī)組額定電壓6.3 kV，由天津某合資廠設(shè)計(jì)制造。

2014年9月，該廠2號(hào)發(fā)電機(jī)運(yùn)行中發(fā)生定子接地故障，用2 500 V量程兆歐表測(cè)量C相定子繞組對(duì)地絕緣電阻為0MΩ。因峽陽(yáng)水電廠為徑流式水電站，機(jī)組采用臥式安裝結(jié)構(gòu)，且發(fā)電機(jī)內(nèi)部空間十分狹窄，一旦發(fā)生發(fā)電機(jī)本體故障，不像立式水輪發(fā)電機(jī)組那樣可以采用橋機(jī)方便吊出轉(zhuǎn)子磁極以對(duì)定子疑似故障部位進(jìn)行檢查，一般要將機(jī)組轉(zhuǎn)入大修處理，這樣勢(shì)必大大增加檢修成本，機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)，造成大量棄水損失，因此能否在不拆機(jī)的前提下進(jìn)行故障處理十分重要。

2　故障檢查與分析

在未拆除發(fā)電機(jī)定子引線的情況下，檢修人員用2 500 V兆歐表分別測(cè)量發(fā)電機(jī)三相定子繞組絕緣電阻為：720MΩ/A相、800MΩ/B相、0MΩ/C相，判定故障相為C相。對(duì)定子端部進(jìn)行全面檢查，并拆除發(fā)電機(jī)出線和中性點(diǎn)連接電纜，檢查機(jī)端電壓互感器、電流互感器等外部設(shè)備絕緣均正常，判斷故障點(diǎn)在定子繞組內(nèi)部。用500V兆歐表測(cè)量C相定子繞組絕緣電阻也是0，接著用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量C相對(duì)地電阻為60~100 kΩ，屬于金屬性不穩(wěn)定低阻接地。

因發(fā)電機(jī)定子每條支路線棒很多，若故障點(diǎn)發(fā)生在線棒端部，則基本上可憑目測(cè)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)；若故障點(diǎn)在直線段即鐵芯槽內(nèi)，則靠目測(cè)無(wú)法發(fā)現(xiàn)。因定子繞組分支直流電阻很小，即使是金屬性接地，采用直流電阻比較法測(cè)量有一定誤差，且依靠計(jì)算得出的電阻值也無(wú)法準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，目前市場(chǎng)也無(wú)檢查這類故障的測(cè)試定位儀器，故排除此方法。首先采用交流加壓觀察法，用交流耐壓儀對(duì)C相繞組逐漸升壓燒接地電阻，但因耐壓儀輸出電流很小，只有幾安培，因此未發(fā)現(xiàn)弧光閃絡(luò)點(diǎn)，但經(jīng)加壓后的C相接地電阻由試驗(yàn)前的100 kΩ左右降至40Ω左右。接著采用直流電焊機(jī)燒穿法查找，在C相繞組兩端對(duì)地加壓，通入直流電壓150V，當(dāng)輸出電流升至38A時(shí)，發(fā)現(xiàn)305號(hào)線棒槽端部有火花放電現(xiàn)象，基本確定故障點(diǎn)。此方法的主要缺點(diǎn)是較大的電流在燒穿故障點(diǎn)的同時(shí)，也可能對(duì)線槽局部鐵芯造成損傷，因此只有其他方法無(wú)效時(shí)才采用。

隨后拆卸出一個(gè)轉(zhuǎn)子磁極，給故障線棒起把騰出一定操作空間。切割故障線棒并頭盒，去除并頭盒中的灌注膠，線棒并頭脫焊分離后將該線棒起把。然后對(duì)其余繞組做直流耐壓試驗(yàn)，無(wú)異?，F(xiàn)象，可知，僅305號(hào)線棒絕緣擊穿。查看拆下的故障線棒，發(fā)現(xiàn)線棒位于出槽口處絕緣有一擊穿點(diǎn)，穿點(diǎn)周圍的絕緣被燒碳化，形成凹坑，電磁線裸露，如圖1。再檢查與線棒絕緣穿點(diǎn)對(duì)應(yīng)位置的鐵芯，發(fā)現(xiàn)該處鐵芯端部齒有松動(dòng)，最外層扇形片齒部翹起，周圍鐵芯表面復(fù)蓋漆被放電烤成黑色。因此推斷故障直接原因?yàn)殍F芯端部齒松動(dòng)，翹起的扇形片齒部在電磁振動(dòng)和機(jī)械振動(dòng)作用下不斷刮擦305號(hào)線棒絕緣，造成305號(hào)線棒對(duì)地絕緣減薄而擊穿。間接原因?yàn)橹箟簤K壓指長(zhǎng)度設(shè)計(jì)不夠，沒(méi)有把鐵芯端部硅鋼片全部壓住固定（約1 cm深度的硅鋼片未壓?。?，使得端部硅鋼片容易松動(dòng)和發(fā)生斷齒。

圖1　305號(hào)線棒絕緣擊穿點(diǎn)

3　修復(fù)方案的選擇

在不拆機(jī)的前提下，修復(fù)該損毀線棒有3種方案可供選擇：

（1）制作短接銅排，將故障線棒短接。短接后由于該相定子線棒數(shù)量相比其他兩相少，從而造成三相電阻值不平衡，定子三相電流不一，也使得中性點(diǎn)電流增大。采用此方案可能加大機(jī)組電磁振動(dòng)，因機(jī)組距離大修時(shí)間還較長(zhǎng)，實(shí)際中未采用。

（2）制作定子線棒接頭專用連接盒進(jìn)行灌錫連接。通過(guò)在連接盒中灌注錫的方式將上、下層線棒進(jìn)行連接，再將連接盒進(jìn)行絕緣包扎。此方法需要制作專用連接盒，其材料應(yīng)能經(jīng)受液態(tài)錫的高溫，且由于線棒空間有限，連接盒尺寸也不能太大，這就難以保證連接的質(zhì)量。因連接盒材料難選，短時(shí)間也難以制作，故排除此方案。

（3）采用銀銅焊工藝更換線棒。這樣既能保證維修質(zhì)量，又無(wú)需制作專門連接盒，能夠在較短的時(shí)間對(duì)電機(jī)進(jìn)行修復(fù)，為機(jī)組盡快投入運(yùn)行，降低由于故障造成的損失創(chuàng)造條件。實(shí)際采用該方案。

圖2　緊固松動(dòng)的鐵芯端部齒的方法

4　修復(fù)工藝實(shí)施

定子修復(fù)工藝分兩項(xiàng)進(jìn)行：①更換305號(hào)線棒；②緊固松動(dòng)的鐵芯端部齒。

貫流式水輪發(fā)電機(jī)特有的狹窄空間給施工造成很大困難，只能利用查找故障時(shí)拆下一個(gè)轉(zhuǎn)子磁極獲得的空間來(lái)更換故障線棒，并通過(guò)手拉葫蘆轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子來(lái)對(duì)其他定子鐵芯端部齒進(jìn)行檢查。因沒(méi)有足夠空間來(lái)操作中頻焊機(jī)，只能采用氣焊方法焊接線棒并頭。當(dāng)然，相應(yīng)安全措施和對(duì)相鄰線棒的防護(hù)措施要到位。

4.1更換故障線棒工藝步驟

（1）清理定子鐵芯槽。

（2）按順序裝入層間墊條、上層線棒、楔下墊條。下線時(shí)，線棒中心線應(yīng)與中心線對(duì)齊，同時(shí)顧及線棒斜邊間隙及兩端伸出槽口的長(zhǎng)度，將線棒嵌入槽中。

（3）打緊槽楔。打槽楔時(shí)，上下端兩根槽楔應(yīng)無(wú)空隙，其余各槽楔有空隙的長(zhǎng)度不應(yīng)超過(guò)槽楔長(zhǎng)度的1/3；槽楔表面不得高出內(nèi)圓表面。

（4）繞組綁扎。

（5）繞組并頭低銀釬焊。焊接時(shí)用浸滿水的石棉繩纏繞在裸線上隔熱，用石棉布復(fù)蓋表面防護(hù)線棒和鐵芯，相鄰的并頭盒也用浸水的石棉布包裹，以防氣焊燒傷。焊接時(shí)，要求焊縫飽滿光滑。各接頭焊接電阻最大最小值之比不超過(guò)1.2倍。

（6）繞組并頭盒灌注膠。并頭盒灌膠要飽滿，盒外表面要光滑，不能有膠瘤等。

4.2緊固松動(dòng)的鐵芯端部齒的方法

如圖2，鐵芯用電氣清洗液沖凈涼干后，涂上絕緣漆，盡量使絕緣漆滲入片間縫隙中。然后用不銹鋼制成的斜楔（如圖3）打入鐵芯端部齒和齒壓板之間，將鐵芯齒壓緊，注意斜楔不要墊歪，不得突出鐵芯內(nèi)徑。再用不銹鋼焊條將斜楔和齒壓板點(diǎn)焊牢固。點(diǎn)焊時(shí)需要對(duì)線棒絕緣、鐵芯進(jìn)行保護(hù)，防止焊渣飛濺到上面，斜楔上的孔可用木塞封堵。清理修復(fù)后的定子，按大修標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行定子繞組電氣試驗(yàn)，合格后噴復(fù)蓋漆。

圖3　不銹鋼斜楔圖

5　結(jié)語(yǔ)

峽陽(yáng)水電廠2號(hào)發(fā)電機(jī)定子搶修工作從故障發(fā)生到修復(fù)僅用了2個(gè)工作日，修復(fù)后電氣試驗(yàn)一次合格。綜合搶修過(guò)程，有兩點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)供參考：

（1）據(jù)統(tǒng)計(jì)，在發(fā)電機(jī)定子線棒絕緣擊穿故障中，因定子鐵芯端部齒松動(dòng)造成絕緣擊穿的機(jī)率最高，因此在發(fā)電機(jī)例行檢修時(shí)應(yīng)特別注意檢查鐵芯緊度。若發(fā)現(xiàn)鐵芯端部有明顯松動(dòng)或硅鋼片斷齒，則應(yīng)取下斷齒，采用嵌入不銹鋼斜楔的方法進(jìn)行處理；若發(fā)現(xiàn)輕微松動(dòng)，可插入云母片塞牢，并刷涂配好的環(huán)氧樹脂膠進(jìn)行處理。

（2）采用不拆機(jī)方案搶修貫流式發(fā)電機(jī)，雖然發(fā)電機(jī)空間狹窄給施工帶來(lái)很大困難，但是只要查找試驗(yàn)方案科學(xué)，修復(fù)工藝合理，并嚴(yán)格把握每個(gè)步驟、每個(gè)環(huán)節(jié)的施工工藝，就可以大大縮短故障處理時(shí)間，降低停電損失，從而使設(shè)備不安全事件等級(jí)由一般事故降低為一次非計(jì)劃停運(yùn)。

[1]龔坰.電機(jī)制造工藝學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,1983.

[2]劉云.水輪發(fā)電機(jī)故障處理與檢修[M].北京：中國(guó)水利水電出版社,2002.

TM312

B

1672-5387（2016）02-0064-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.02.019

2015-08-10

劉建峰（1969-），男，高級(jí)工程師，從事水電電氣技術(shù)研究和生產(chǎn)管理工作。