定子線棒跨接引線絕緣故障原因分析及處理

劉英軍

（國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司潘家口蓄能電廠，河北 唐山064309）

0 引言

某廠發(fā)電電動(dòng)機(jī)為立軸、懸式、三相、50Hz、空冷可逆式同步發(fā)電電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為MV840/240142-48，該廠發(fā)電機(jī)為意大利TIBB公司生產(chǎn)的。

2016年發(fā)電機(jī)已運(yùn)行24年，在機(jī)組檢修期間，對(duì)定子線棒及跨接引線檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)102號(hào)線棒跨接引線絕緣故障，故障點(diǎn)外部絕緣漆、玻璃絲帶及云母帶存在燒損現(xiàn)象。經(jīng)測(cè)量跨接引線與螺母的距離為6cm；與絕緣塊邊緣距離為4cm，現(xiàn)場(chǎng)絕緣照片見圖1。

圖1 過橋引線絕緣故障情況

1 問題分析

（1）運(yùn)行中過電壓造成引線絕緣故障。

（2）絕緣老化造成過橋引線內(nèi)部絕緣碳化，絕緣能力降低，引起絕緣故障。

2 問題排查

（1）運(yùn)行中過電壓引起絕緣故障

通過對(duì)定子繞組接線圖的分析，102號(hào)線棒端盒跨接引線為C相頭部，該處經(jīng)跨橋引線直接引出至機(jī)組出口隔離刀閘，屬于運(yùn)行電壓最高的端部，其運(yùn)行電壓達(dá)13.8kV。根據(jù)對(duì)繞組定位圖可以確定該線棒輸入42極繞組（142.8r/min抽水繞組線棒），受水頭影響電站自年初至今抽水運(yùn)行始終為125r/min運(yùn)行。即運(yùn)行中該繞組只帶有電壓，而無電流，因此該線棒不會(huì)有較高溫度產(chǎn)生；且機(jī)組無局放監(jiān)測(cè)裝置，無法發(fā)現(xiàn)確切的故障發(fā)生日期。

根據(jù)檢修和定檢，電站上半年2號(hào)機(jī)組開展過D級(jí)檢修，檢修中未發(fā)現(xiàn)此處存在絕緣故障。

通過對(duì)計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、機(jī)組保護(hù)裝置、機(jī)組PMU裝置進(jìn)行故障信息和電壓、電流波形分析，未發(fā)現(xiàn)C相電壓過高的記錄。2016年7月22日至8月25日，期間C相運(yùn)行電壓最高值為10kV。

現(xiàn)場(chǎng)該故障點(diǎn)明顯有對(duì)固定螺母的放電痕跡，2016年7月22日發(fā)電機(jī)設(shè)備定檢后的記錄主要有：2016年7月31日，2號(hào)機(jī)組經(jīng)變頻器抽水啟動(dòng)中因同期超時(shí)啟動(dòng)失敗，當(dāng)時(shí)的故障原因?yàn)镃相電壓消失12ms。故障中變頻器輸入開關(guān)14DL跳閘后該故障點(diǎn)消失，主變低壓側(cè)電壓恢復(fù)正常（但此次故障后僅對(duì)機(jī)組出口開關(guān)至變頻器輸入開關(guān)14DL范圍內(nèi)進(jìn)行了檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，因未對(duì)發(fā)電機(jī)設(shè)備檢查，故無法明確確認(rèn)此處絕緣故障與7月31日C相電壓短時(shí)消失有關(guān)）；2016年8月5日，同為2號(hào)機(jī)組經(jīng)變頻器抽水啟動(dòng)過程中因主變低壓側(cè)C相槽型母線對(duì)穿芯式電壓互感器基座及二次繞組等部位污穢爬電，電流竄入二次回路造成主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。

綜上所述，排除因運(yùn)行中過電壓引起的絕緣故障。

（2）絕緣老化造成過橋引線內(nèi)部絕緣碳化，絕緣能力降低，引起絕緣故障

發(fā)現(xiàn)絕緣故障后，潘家口電廠立即與相關(guān)技術(shù)人員取得了聯(lián)系，并邀請(qǐng)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行指導(dǎo)。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)故障點(diǎn)的絕緣層進(jìn)行鏟除修補(bǔ)過程中能發(fā)現(xiàn)該引線絕緣層嚴(yán)重碳化、空鼓，內(nèi)部絕緣能力已嚴(yán)重降低；且線棒有明顯過熱痕跡（圖2）。

圖2 102號(hào)線棒引線絕緣層情況

根據(jù)102號(hào)槽盒上貼的溫度監(jiān)視貼條，發(fā)現(xiàn)該端頭盒運(yùn)行中的最高溫度值為80℃左右，較其他端頭盒溫度屬較低的（圖3）。

圖3 溫度貼條情況

經(jīng)分析，認(rèn)為造成此處絕緣故障的原因主要為設(shè)備運(yùn)行年限已超過20年，絕緣老化，且運(yùn)行中出現(xiàn)過短路故障等（1994年、2014年相間短路故障）。此類故障加速了絕緣的進(jìn)一步老化。為了對(duì)絕緣老化情況進(jìn)行判斷，在2號(hào)機(jī)組同樣電壓范圍內(nèi)選取了一段跨接引線進(jìn)行抽檢，抽檢點(diǎn)選擇為30號(hào)線棒跨接線上，現(xiàn)場(chǎng)抽檢結(jié)果顯示該位置同樣存在內(nèi)部絕緣碳化的情況，碳化層數(shù)已達(dá)6～8層，僅有外部數(shù)層絕緣情況相對(duì)較好。

相關(guān)情況見圖4、5。

圖4 2號(hào)機(jī)組跨接引線抽檢情況說明圖

圖5 抽檢點(diǎn)鏟下的絕緣包裹層情況

通過對(duì)故障點(diǎn)的絕緣層檢查，以及對(duì)同電壓范圍內(nèi)的跨接引線的絕緣抽檢，可以確定2號(hào)機(jī)組跨接引線的絕緣已嚴(yán)重老化，尤其是內(nèi)部嚴(yán)重碳化后絕緣降低，存在較高絕緣故障的風(fēng)險(xiǎn)。

3 處理步驟

（1）對(duì)絕緣故障點(diǎn)和抽檢點(diǎn)進(jìn)行了重新絕緣處理；處理使用的材料見表1。

表1

（2）實(shí)施步驟

1）總體要求為在原有跨橋引線外，再增加包扎5層云母帶，加固原有老化的主絕緣。（現(xiàn)場(chǎng)存在空間限制不能操作的部位，在進(jìn)行論證安全距離后可不做處理）

2）施工工藝

①首先對(duì)定子跨橋引線周邊做好防護(hù)，以免打磨及其他操作產(chǎn)生雜質(zhì)掉落進(jìn)入鐵心。

②銼刀去除漆瘤，用砂紙打磨需要處理的引線外絕緣表面，使表面成毛面（處理要小心，不可傷及絕緣）。

③打磨完需要用吸塵器將粉末清理干凈，然后再用蘸有無水乙醇的抹布清理銅環(huán)表面。

④等待酒精揮發(fā)后，包扎云母帶。

a包扎區(qū)域和打磨區(qū)域至少要保證5m以外的距離，以免粉塵飄落粘黏到樹脂上。

b配置EP139樹脂，攪勻后方可使用，4h內(nèi)用完配置好的樹脂（每次不需要配置太多，以免造成樹脂的浪費(fèi)）。

c在清理干凈的引線絕緣表面涂刷一層EP139樹脂，涂刷均勻。

d采用半疊包扎方式，包扎5層PC6云母帶，要求每包扎一層完畢后，需要涂刷一層EP139樹脂，涂刷均勻（注：云母帶包扎玻璃膜朝外）。

e在包扎完絕緣的外表面涂刷一層EP139樹脂，涂刷均勻，然后半疊包一層無堿玻璃絲帶，在無堿玻璃絲帶外涂刷一層EP139樹脂。

f完成后再半疊包一層聚四氟乙烯帶，聚四氟乙烯帶外再半疊包一層TJ聚酯纖維帶（此工序?qū)τ诎臻g小的區(qū)域，可取消。但是要保證包扎完的絕緣單邊厚度不得超過2.5mm，同時(shí)各跨橋引線之間的間隙不得小于35mm）。

g在每個(gè)包扎完區(qū)域，TJ聚酯纖維帶外標(biāo)記清楚包扎日期以及完成時(shí)間。

⑤樹脂需要室溫固化24h以上，（如果有碘鎢燈保證包扎的銅環(huán)能夠在50℃以上，可固化12h以上）自然冷卻。

⑥固化完成后，拆除TJ聚酯纖維帶及聚四氟乙烯帶并清理。

⑦表面噴涂GK128底漆一遍，室溫固化24h以上。

⑧表面噴涂DK222面漆一層，室溫固化24h以上。

3）處理完成后效果

整體加固工作全部完成后，對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試及手包絕緣電位外移試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格，效果顯著，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施后圖片見圖6。

圖6

4 總結(jié)

發(fā)電機(jī)投運(yùn)已23年，在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，跨接引線在通過電流時(shí)發(fā)熱，加之在運(yùn)行時(shí)跨接引線長(zhǎng)期帶壓運(yùn)行，造成跨接引線絕緣老化?？缃右€絕緣內(nèi)部產(chǎn)生碳化、空鼓現(xiàn)象。產(chǎn)生碳化后絕緣強(qiáng)度大幅度降低；出現(xiàn)空鼓后可能在兩絕緣層之間形成空氣隔熱層且可能發(fā)生內(nèi)電源現(xiàn)象。在絕緣層剝離時(shí)，出現(xiàn)絕緣層分層現(xiàn)象，說明在絕緣層內(nèi)部存在嚴(yán)重空鼓現(xiàn)象，根據(jù)拆除下的絕緣帶可發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部絕緣層相當(dāng)于多個(gè)空氣隔熱層，使內(nèi)部產(chǎn)生的熱量無法散出，所以外部測(cè)溫條并未有明顯變化，卻使得內(nèi)部絕緣老化加速；且當(dāng)存在空鼓現(xiàn)象后，也可在絕緣層內(nèi)部產(chǎn)生類電容效應(yīng)，產(chǎn)生內(nèi)電暈，造成絕緣層之間放電。隨著絕緣層發(fā)熱后，絕緣出現(xiàn)碳化現(xiàn)象，絕緣碳化后將會(huì)與絕緣空鼓形成惡性循環(huán)，進(jìn)一步加速絕緣老化。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)照片可知，此次絕緣損壞，就是因?yàn)樵诮^緣層間存在嚴(yán)重空鼓及碳化現(xiàn)象，內(nèi)部溫度過高且存在內(nèi)電暈現(xiàn)象，造成外部絕緣燒損。絕緣加固，存在加固后可能進(jìn)一步加速絕緣老化的風(fēng)險(xiǎn)，擔(dān)心造成發(fā)電機(jī)跨接引線絕緣的進(jìn)一步惡化，但在實(shí)施至今已2年的時(shí)間內(nèi)，多次進(jìn)行發(fā)電機(jī)交流耐壓、直流耐壓、直流泄漏、電位外移等電氣預(yù)防性試驗(yàn)，并未出現(xiàn)數(shù)據(jù)不合格或耐壓擊穿的情況，由此可見，此絕緣加固方式可推廣至其他絕緣受損或絕緣老化嚴(yán)重的發(fā)電機(jī)上，以上論述均為筆者觀點(diǎn)，如有不妥還請(qǐng)包涵。