國外某水電站1號(hào)機(jī)定子線棒擊穿原因分析及處理

楊桂周，李文棟，陳珊英

（東芝水電設(shè)備（杭州）有限公司，浙江 杭州 310000）

0 前言

水輪發(fā)電機(jī)定子線棒擊穿引起接地是一種常見故障，當(dāng)定子線棒受損無法修補(bǔ)需要更換時(shí)，如何快速更換處理就顯得尤為重要，本文以國外某水電站1號(hào)機(jī)定子線棒擊穿為研究對(duì)象，分析了發(fā)生故障的原因，并總結(jié)了如何不吊出轉(zhuǎn)子更換定子線棒的處理過程及方法[1]，希望能為類似機(jī)組的處理提供一些參考和借鑒作用。

1 發(fā)電機(jī)概況與基本參數(shù)

國外某水電站裝機(jī)3臺(tái)，總裝機(jī)容量234.6 MW，主要以發(fā)電為主，1號(hào)機(jī)于2015年8月投運(yùn)，發(fā)電機(jī)基本參數(shù)見表1。

表1 發(fā)電機(jī)基本參數(shù)

2 事故概況及調(diào)查

該電站1號(hào)機(jī)在2016年9月正常運(yùn)行時(shí)，突然定子接地故障信號(hào)報(bào)警導(dǎo)致機(jī)組甩負(fù)荷停機(jī)。

停機(jī)后，分別對(duì)封閉母線、中性點(diǎn)裝置及定子繞組進(jìn)行了絕緣電阻測量，封閉母線、中性點(diǎn)裝置和定子三相繞組的B相和C相絕緣電阻正常，A相絕緣電阻為0，確認(rèn)了A相存在接地故障。

結(jié)合現(xiàn)場條件，利用直流電壓分擔(dān)法，對(duì)A相3個(gè)支路分別通10 A直流電流，測得A相第三支路出現(xiàn)了分壓現(xiàn)象，主引出端對(duì)地以及中性點(diǎn)對(duì)地電壓分別為0.017 V和0.079 V，根據(jù)電壓比等于線棒串聯(lián)根數(shù)比[2]，結(jié)合定子繞組接線圖，初步判斷接地位置位于205槽上層線棒附近，現(xiàn)場拆解對(duì)應(yīng)位置的擋風(fēng)板后，查到受損線棒為205槽上層線棒，受損位置位于機(jī)組上端，接近于線棒直線段出槽口處，呈直徑約5～7 mm的凹坑，深度基本達(dá)到內(nèi)部導(dǎo)體。定子線棒受損狀況如圖1所示。

圖1 定子線棒受損狀況（一）

3 原因分析

觀察受損部位形態(tài)，受損部位呈圓形凹坑狀，凹坑周圍線棒主絕緣有不同程度的灼傷情況，并由內(nèi)向外呈逐漸減輕狀，說明凹坑處于熱源正中心，所以推測有小型磁性金屬物質(zhì)（例如螺栓、螺母或焊頭等）附著，因?yàn)樵摬课淮艌鰪?qiáng)度很高，在這種磁場強(qiáng)度很高的部位，當(dāng)線圈表面有磁性金屬物質(zhì)接觸時(shí)，金屬物質(zhì)會(huì)受到電磁感應(yīng)而發(fā)熱，以M10螺母大小的物體為例，推算溫度會(huì)達(dá)到200～300 ℃以上。

另外，從受損位置周邊的組裝情況來看，上層線棒內(nèi)徑側(cè)與組裝在線棒上的擋風(fēng)板之間存在間隙，綁扎槽楔止動(dòng)的綁繩會(huì)在高出鐵心段約20 mm處形成一個(gè)小臺(tái)階，該位置可以遺留異物，并容易被卡住。由于故障點(diǎn)也正處于緊貼綁繩的上端，所以推測此處有磁性異物遺留，示意圖詳見圖2。

圖2 定子線棒受損狀況（二）

通過以上分析推斷，應(yīng)是有磁性異物附著在此處，在機(jī)組運(yùn)行過程中，該異物在定子鐵心端部磁場作用下感應(yīng)而發(fā)熱，并伴隨電磁振動(dòng)；線棒絕緣在過熱磁性異物及異物的電磁振動(dòng)雙重作用下受到緩慢、逐漸加重的熱損傷和機(jī)械損傷，當(dāng)絕緣剩余厚度不足以支撐機(jī)組運(yùn)行所需的電場強(qiáng)度時(shí)，發(fā)生定子線棒擊穿接地事故。

由于該線棒已完全被擊穿，且故障點(diǎn)位于鐵心出槽口并緊靠鐵心，無法進(jìn)行臨時(shí)修復(fù)處理，因此決定對(duì)該線棒進(jìn)行更換處理。

4 定子線棒更換處理

為盡快恢復(fù)機(jī)組運(yùn)行，減少現(xiàn)場工作量，考慮在不吊出轉(zhuǎn)子的條件下更換定子線棒方案的可能性，根據(jù)圖紙確認(rèn)，拆除1只磁極后，磁軛與定子鐵心之間有300 mm×660 mm的操作空間，方案可行，因此決定不吊出轉(zhuǎn)子拆1只磁極更換定子線棒，發(fā)電機(jī)斷面簡圖如圖3所示。

圖3 發(fā)電機(jī)斷面簡圖

4.1 磁極拆卸

（1）在受損線棒附近選擇1只與上機(jī)架無干涉的磁極，將其上方的上蓋板及擋風(fēng)板拆除。

（2）由外至內(nèi)依次拆除阻尼環(huán)連接、極間擋風(fēng)板、極間連接，此過程注意螺栓、螺母、墊片等零部件收集，不要遺漏在機(jī)組中。

（3）拔磁極鍵，在磁軛上方將預(yù)置鍵貼近磁軛表面用砂輪機(jī)切割掉，注意切割前做好防護(hù)，以防切割粉末飛到定、轉(zhuǎn)子線圈上，同時(shí)防止砂輪片碎掉損傷定子線圈，再用足夠強(qiáng)度的鋼板制作一個(gè)吊耳焊接于打入鍵上，接著在磁極楔形鍵面之間倒入煤油，使鍵得到潤滑，在吊耳上掛上鋼絲繩，并將鋼絲繩固定住，確保鍵拔出時(shí)，鍵不會(huì)從鍵槽內(nèi)瞬間飛出傷到人或設(shè)備，至此，拔鍵所需工具和準(zhǔn)備工作基本完成。

拔鍵首選手拉或電動(dòng)葫蘆，當(dāng)手拉或電動(dòng)葫蘆無法拔出時(shí)，可考慮選擇行車的主鉤利用點(diǎn)動(dòng)的方式拔鍵，并注意觀察起吊重量，該項(xiàng)目選用了行車拔鍵，當(dāng)起吊重量達(dá)到38 t時(shí)鍵被成功拔出。

（4）磁極吊出，由于極間撐塊位于磁極軸向中間位置，很難直接拆除極間支撐吊出磁極，為了實(shí)現(xiàn)不吊轉(zhuǎn)子更換線棒，極間支撐采用了特殊結(jié)構(gòu)，支撐把合螺栓從磁軛內(nèi)徑側(cè)把緊，極間支撐裝配圖如圖4所示。

圖4 極間撐塊裝配示意圖

松開磁軛內(nèi)徑側(cè)的螺栓，將拉緊螺栓連同極間撐塊盡量向機(jī)組外徑側(cè)移動(dòng)至無法移動(dòng)為止，以最大化的增加極間撐塊和磁極線圈的間隙。

接著在磁極下端，交替使用兩個(gè)千斤頂向上頂磁極，向上頂?shù)耐瑫r(shí)，在磁極上端，借助磁極端板鴿尾處的螺栓孔用鉸鏈向上拉，因螺栓孔為非起吊用孔，因此僅可作輔助，即千斤頂向上頂?shù)耐瑫r(shí)，鉸鏈跟隨千斤頂向上拉，待磁極達(dá)到撐塊上方后，固定住磁極。在磁極與鐵心氣隙之間墊3塊木板，以防磁極傾倒傷到定子，從磁極下方用寬吊帶將磁極兜住，緩慢將其吊出，當(dāng)磁極吊出磁軛約400 mm左右時(shí)，將磁極吊出部分用綁帶將吊帶和磁極綁在一起，以防止磁極吊出時(shí)傾倒，吊出磁極后將拆除磁極的位置通過盤車的方式旋轉(zhuǎn)至受損的定子線棒處。

4.2 定子線棒更換

（1）線棒拆除前，測量該支路直流電阻以備更換線棒后對(duì)比使用，同時(shí)做好周圍防護(hù)，依次拆除絕緣盒→拆開綁繩→取下斜邊墊塊→拆除槽楔→拔出線棒，拆絕緣盒和斜邊墊塊時(shí)需格外小心，以防傷到其他線棒將事故擴(kuò)大。

（2）拔出線棒后，對(duì)剩余線棒進(jìn)行絕緣電阻測量和交流耐壓試驗(yàn)，確認(rèn)是否還有其他受損線棒，試驗(yàn)電壓，AC 0.8（2UN+3）kV，1 min。

（3）安裝新線棒，參照定子線棒下線作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行下線，下線前對(duì)備品定子線棒進(jìn)行(2.75UN+2.5) kV，1 min交流耐壓確認(rèn)；打好槽楔后，對(duì)新下線棒進(jìn)行0.75（2.5UN+1） kV，1 min交流耐壓試驗(yàn)確認(rèn)；下線完成并干燥后，對(duì)所有繞組分相進(jìn)行2.5UN直流泄露試驗(yàn)和1.5UN，1 min交流耐壓試驗(yàn)確認(rèn)。

4.3 磁極回裝

按照磁極安裝反向工藝流程進(jìn)行磁極回裝，過程中注意防護(hù)，回裝完成后將機(jī)組徹底清掃干凈，確保無異物殘留在機(jī)組內(nèi)，相關(guān)電氣試驗(yàn)參照DL/T 596-2005《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》執(zhí)行，試驗(yàn)合格后回裝擋風(fēng)板及發(fā)電機(jī)蓋板。

5 結(jié)語

（1）通過對(duì)本次定子線棒擊穿原因的分析及處理，得到如下結(jié)論：應(yīng)盡量從根本上杜絕類似事故的發(fā)生，無論是新機(jī)組下線還是機(jī)組檢修，都應(yīng)加強(qiáng)對(duì)定子線棒周圍檢查力度，以避免有異物掉落在定子線棒端部。

（2）定子線棒發(fā)生擊穿事故引起機(jī)組長時(shí)間停機(jī)，會(huì)給電站造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，盡可能快的恢復(fù)機(jī)組運(yùn)行，減少事故停機(jī)時(shí)間就顯得尤為重要。

本次事故拆裝磁極更換定子線棒共花費(fèi)約7 d時(shí)間，但如果采用吊出轉(zhuǎn)子換線棒，需要大約45 d以上的時(shí)間，本次更換定子線棒大大降低了事故停機(jī)時(shí)間，為電站挽回了部分損失。

綜上，本文介紹的故障原因及處理過程，希望可以為預(yù)防和處理類似事件提供一些幫助，以減少電站經(jīng)濟(jì)損失。