淺析安谷水電站2號(hào)發(fā)電機(jī)定子下層線棒耐壓試驗(yàn)過程中放電的原因

劉 高, 徐 偉 剛, 侯 天 元

(1.中國水電建設(shè)集團(tuán)圣達(dá)水電有限公司,四川 樂山 614013;2.重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 永川 402160)

1 概 述

安谷水電站是大渡河干流梯級(jí)開發(fā)中的最后一級(jí)，壩址位于樂山市安谷河段的生姜坡，距上游沙灣水電站約35 km，下游距樂山市區(qū)約15 km，電站裝機(jī)容量為772 MW，裝設(shè)4臺(tái)單機(jī)容量為190 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組和1臺(tái)單機(jī)容量為12 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組。該電站1～4號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)(190 MW)由東芝水電設(shè)備(杭州)有限公司供貨。筆者就安谷水電站2號(hào)發(fā)電機(jī)定子下層線棒耐壓試驗(yàn)過程中發(fā)生放電的原因進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

1.1 1～4號(hào)發(fā)電機(jī)定子參數(shù)

安谷水電站1～4號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)的定子繞組采用雙層條式波繞組布置，4支路星型連接，線棒長(zhǎng)2 500 mm，共612槽，68個(gè)磁極，定 子 內(nèi) 徑 為13 220 mm，定子高度為2 880 mm，采用F級(jí)絕緣，發(fā)電機(jī)定子電壓為13.8 kV，定子額定電流為9 085 A。

定子線棒絕緣采用東芝特有的、先進(jìn)的VPR(真空液壓多膠絕緣體系)制造，上、下層線棒為同一規(guī)格，具有互換性，上、下層線棒端部采用灌膠絕緣盒絕緣，斜段部分采用浸膠絕緣帶纏繞，最終通過矩形匯流排連接到引線出口和中性點(diǎn)出口，所有的連接部位采用銀銅焊接。

1.2 2號(hào)發(fā)電機(jī)定子下層線棒試驗(yàn)過程

(1)下層線棒交流耐壓試驗(yàn)前的準(zhǔn)備。

2號(hào)發(fā)電機(jī)定子下層線棒完成下線工序后，將定子下層612槽的線棒分為4段分別進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)(試驗(yàn)設(shè)備容量有限)，測(cè)試4段的絕緣電阻和吸收比符合《電氣設(shè)備交接試驗(yàn)GB50150-2006》要求，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1。

(2)下層線棒交流耐壓試驗(yàn)中出現(xiàn)的放電現(xiàn)象。

表1 下層線棒耐壓試驗(yàn)前絕緣電阻表

在對(duì)第一段進(jìn)行交流耐壓、試驗(yàn)電壓升至10 kV時(shí)，發(fā)現(xiàn)端箍對(duì)定子拉緊螺桿有放電現(xiàn)象，經(jīng)廠家建議采用絕緣隔板將螺桿與端箍隔開后再次升壓時(shí)仍有放電現(xiàn)象發(fā)生，試驗(yàn)電壓升至27～30 kV時(shí)發(fā)現(xiàn)有1根線棒大R部位出現(xiàn)沿面放電，從定子線棒上端出槽口至大R外側(cè)某一點(diǎn)開始引發(fā)向外放電，隨著電壓的升高，出現(xiàn)爬電路徑延伸至線棒引線端頭(圖1)。

在對(duì)第二段下層線棒進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)時(shí)，放電現(xiàn)象與第一段類似，發(fā)現(xiàn)有2根線棒(第224、235槽線棒)大R部位出現(xiàn)沿面放電。在第三段下層線棒交流耐壓試驗(yàn)中，放電現(xiàn)象與第一、二段類似，發(fā)現(xiàn)有4根線棒大R部位出現(xiàn)沿面放電。隨著試驗(yàn)電壓的升高，端箍局部位置出現(xiàn)明顯的放電光，并出現(xiàn)持續(xù)性的往穿芯螺桿放電(圖2)。當(dāng)電壓升至36.5 kV時(shí)，隨著放電火花的增加，試驗(yàn)設(shè)備過流保護(hù)動(dòng)作，試驗(yàn)終止。

圖1 大R放電示意圖

圖2 端箍對(duì)穿芯螺桿放電示意圖

根據(jù)上述試驗(yàn)情況，隨后對(duì)第二段線棒中放電的兩根線棒(224、235槽線棒)單獨(dú)進(jìn)行了交流耐壓試驗(yàn)。耐壓試驗(yàn)前，對(duì)單根線棒進(jìn)行了絕緣檢查，測(cè)試絕緣電阻合格，224槽線棒的吸收比為1.34，235槽線棒的吸收比為1.58，電壓升至26～27 kV時(shí)線棒開始放電，廠家認(rèn)為這兩根線棒的高阻段絕緣有問題，需更換新線棒。

雖然找到了放電的初步原因，但是224、235槽線棒高阻段絕緣問題到底是什么原因造成的？2號(hào)發(fā)電機(jī)下層線棒中有多少根線棒高阻段存在絕緣問題？

2 2號(hào)發(fā)電機(jī)定子下層線棒放電原因分析

2.1 下線前對(duì)下層線棒進(jìn)行抽檢的情況

施工單位根據(jù)《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》GB/T8564-2003、《水電水利基本建設(shè)工程單元工程質(zhì)量等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》DL/T5113.3-2012及廠家《定子安裝作業(yè)指導(dǎo)書》的要求對(duì)到貨的下層線棒按每箱5%的抽檢量(每箱88根，抽檢數(shù)量為5根)進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。抽檢試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)箱號(hào)為B-24#-10中的線棒號(hào)為20228的下層線棒試驗(yàn)電壓升至30 kV(試 驗(yàn) 電 壓 為 2.75Un+1 kV，即

40.45 kV)時(shí)線棒大R彎曲部位有明顯的放電現(xiàn)象。根據(jù)《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》GB/T8564-2003、《定子安裝作業(yè)指導(dǎo)書》要求增加了抽檢比例(10%)，對(duì)同箱號(hào)的線棒又隨機(jī)抽出5根進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)放電現(xiàn)象，試驗(yàn)電壓通過。但編號(hào)為20228的線棒因未能通過交流耐壓試驗(yàn)，故未使用。

2.2 對(duì)上層線棒進(jìn)行全檢交流耐壓試驗(yàn)的情況

在發(fā)現(xiàn)下層線棒大R部位有放電現(xiàn)象后，經(jīng)監(jiān)理、廠家、業(yè)主商量后對(duì)上層線棒(共612根)進(jìn)行了全檢交流耐壓試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)有22根線棒大R彎曲部位對(duì)外放電。此次試驗(yàn)證明了2號(hào)發(fā)電機(jī)部分線棒的確存在絕緣缺陷。

2.3 定子線棒返廠試驗(yàn)

為了查找線棒絕緣缺陷的根本原因，將30根上層線棒返廠進(jìn)行試驗(yàn)，其中在廠內(nèi)做過局放試驗(yàn)的線棒12根，未做過局放試驗(yàn)的線棒12根以及在現(xiàn)場(chǎng)交流耐壓中大R彎曲部位有明顯放電現(xiàn)象的線棒6根。對(duì)返廠的30根線棒進(jìn)行了120 ℃×4 h干燥處理后做了介損試驗(yàn)、起暈試驗(yàn)、交流耐壓試驗(yàn)、局放試驗(yàn)、擊穿試驗(yàn)等五項(xiàng)試驗(yàn)，其全部合格，未發(fā)現(xiàn)異常。

2.4 定子線棒大R彎曲部位放電原因的可能性分析

安谷水電站2號(hào)發(fā)電機(jī)所有定子線棒發(fā)貨至工地前，均已進(jìn)行過交流耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓為：

2.75Un+6.5 kV，任何一根線棒均未發(fā)生端部爬電現(xiàn)象，因此而推測(cè)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)線棒大R彎曲部位對(duì)外放電的原因可能有：(1)線棒大R彎曲部位的高阻在交流耐壓試驗(yàn)后至安裝下線過程中存在損傷；(2)線棒到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后表面污染；(3)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素的影響；(4)高阻部位異常。

但在現(xiàn)場(chǎng)檢查中發(fā)現(xiàn)線棒表面平整、無物理碰撞損傷的情況。通過擦拭高阻段(大R彎曲部分)，沒有改善爬電的情況；在不同時(shí)間的環(huán)境下重新進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，爬電現(xiàn)象依舊，最大的可能是放電線棒的高阻異常。

2.5 高阻異常的可能性分析

放電線棒高阻帶會(huì)發(fā)生什么異常呢？廠家通過對(duì)定子線棒異常階段流轉(zhuǎn)程序工序進(jìn)行分析，可以基本確定出現(xiàn)異常的階段，并通過該階段工序特征深入分析出發(fā)生問題的可能性階段。定子線棒流轉(zhuǎn)情況見圖3。

圖3 定子線棒流轉(zhuǎn)圖

通過對(duì)定子線棒流程進(jìn)行分析得知：出現(xiàn)放電的原因可能是出廠前至發(fā)貨階段。該階段出現(xiàn)問題的可能性是：在定子線棒制作完成前、交流耐壓試驗(yàn)結(jié)束后，為了保護(hù)線棒端部，需要對(duì)線棒端部涂刷紅瓷漆，在其涂刷過程中可能有異物混入，混入的異物可能是導(dǎo)電顆粒。

2.6 高阻存在異常的理論解釋

正常的定子線棒端部為阻容鏈模型，其端部表面的電阻隨電場(chǎng)的升高電阻隨次降低為理想的防暈結(jié)構(gòu)(圖4)。若在高阻表面某一點(diǎn)有導(dǎo)電顆粒進(jìn)入造成該點(diǎn)電阻為0，將嚴(yán)重改變端部的防暈結(jié)構(gòu)(圖5)，使該點(diǎn)電位梯度變的很大，從而造成該點(diǎn)首先出現(xiàn)起暈，隨著電壓升高，由該點(diǎn)引發(fā)出現(xiàn)閃絡(luò)放電。

圖4 正常線棒的阻容鏈模型示意圖

圖5 混入導(dǎo)電顆粒線棒的阻容鏈模型示意圖

2.7 高阻異常是放電的根本原因分析

為了證明線棒高阻表面存在缺陷，我們將線棒表面的防暈層去除，采用半固化型高阻帶重新纏包，然后用熱風(fēng)槍烘干高阻帶后再進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，若無表面爬電現(xiàn)象，則表明出現(xiàn)定子線棒端部異常的原因?yàn)楦咦璞砻娈惓！?/p>

廠家將有問題的線棒表面的防暈層去除，采用半固化型高阻帶重新纏包，然后用熱風(fēng)槍烘干高阻帶后再進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，未發(fā)現(xiàn)爬電現(xiàn)象。

為了進(jìn)一步確定問題線棒是因端部涂刷紅瓷漆過程中混入導(dǎo)電顆粒，廠家對(duì)2號(hào)發(fā)電機(jī)定子線棒在刷紅瓷漆過程中的工作記錄進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)2號(hào)發(fā)電機(jī)定子上、下層的部分線棒在刷紅瓷漆的過程中周圍存在打磨線棒端頭的工作，最終確定為線棒端頭銅粉末混入了紅瓷漆中，進(jìn)而引起高阻表面異常。

3 2號(hào)發(fā)電機(jī)定子下層線棒放電的預(yù)防措施

為了防止此類事件的發(fā)生，廠家和施工單位應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：(1)廠家應(yīng)嚴(yán)格按照質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和工藝要求執(zhí)行；(2)廠家在纏包云母帶、高阻帶及刷紅瓷漆等會(huì)影響絕緣的重要工序中，要防止導(dǎo)電異物的混入，加強(qiáng)對(duì)環(huán)境溫度的影響、產(chǎn)品質(zhì)量等因素的控制；(3)出廠時(shí)嚴(yán)格進(jìn)行出廠試驗(yàn)、包裝及運(yùn)輸；(4)施工單位在下線前嚴(yán)格按照規(guī)范和作業(yè)指導(dǎo)書的要求嚴(yán)格試驗(yàn)；(5)施工單位在抽檢試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)線棒有問題時(shí)，應(yīng)查清線棒出現(xiàn)故障的真正原因，在未查明原因前不得下線；(6)下線過程中嚴(yán)格按作業(yè)指導(dǎo)書執(zhí)行，做好環(huán)境影響、線棒損傷的預(yù)防措施。

4 結(jié) 語

雖然發(fā)生定子線棒放電的原因很多，但是我們只要在設(shè)計(jì)、制造、施工、試驗(yàn)等方面嚴(yán)格按照

規(guī)程規(guī)范及工藝要求執(zhí)行，就能杜絕類似事件的發(fā)生。