金屬粉塵致發(fā)電機(jī)封母絕緣故障分析

張靖宇

(國(guó)家能源集團(tuán)國(guó)電電力大同發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 大同 037000)

0 引言

某火電廠600 MW機(jī)組發(fā)電機(jī)出口額定電壓為20 kV,出線采用離相式封閉母線,主回路封閉母線規(guī)格為外殼φ1150,導(dǎo)體φ500；高壓廠用變壓器分支封閉母線規(guī)格為外殼φ700,導(dǎo)體φ150。封閉母線將發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁變壓器、發(fā)電機(jī)出線電壓互感器和避雷器、主變壓器及A,B高壓廠用變壓器連接在一起。封母的導(dǎo)體和外殼之間采用陶瓷支柱絕緣子,正常工況下,導(dǎo)體與外殼間絕緣良好。

該機(jī)組在出現(xiàn)故障前,處于C級(jí)檢修狀態(tài),檢修中將高壓試驗(yàn)不合格的B高廠變進(jìn)行返廠檢修,B高廠變返廠后,其上方的封母引線連接處,采用鋁筒罩氬弧焊接封堵。

1 故障處理概述

在小修結(jié)束準(zhǔn)備啟機(jī)前,依據(jù)華北電網(wǎng)有限公司發(fā)布的Q-HBW 14701—2008《電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》要求,對(duì)發(fā)電機(jī)及出線系統(tǒng)進(jìn)行絕緣預(yù)試,試驗(yàn)采用水內(nèi)冷發(fā)電機(jī)絕緣測(cè)試儀,測(cè)試儀的額定電壓為5 kV,輸出電流為25 mA。

2019-04-18下午,在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安全隔離后,開(kāi)始進(jìn)行發(fā)電機(jī)及出線系統(tǒng)絕緣電阻測(cè)試,測(cè)試結(jié)果為19 MΩ,系統(tǒng)絕緣狀況差。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)討論,決定將封母所連發(fā)電機(jī)、主變、A高廠變、勵(lì)磁變、發(fā)電機(jī)出線電壓互感器及避雷器的引線全部拆除,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行解列,之后分別對(duì)各子部分及獨(dú)立封母進(jìn)行絕緣測(cè)試。經(jīng)測(cè)試,系統(tǒng)各子設(shè)備絕緣狀況良好,A,C相獨(dú)立封母絕緣電阻值分別為52.6 GΩ,54.2 GΩ,B相獨(dú)立封母絕緣電阻值為21 MΩ。經(jīng)過(guò)上述測(cè)試得出結(jié)論,發(fā)電機(jī)及出線系統(tǒng)絕緣狀況差的原因是B相獨(dú)立封母絕緣低。根據(jù)Q-HBW 14701—2008《電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》要求,額定電壓為15 kV及以上全連式離相封母分相絕緣電阻值不應(yīng)小于100 MΩ。根據(jù)以往故障處理經(jīng)驗(yàn),B相封母絕緣下降可能是導(dǎo)體與外殼間氣水含量超標(biāo),封母受潮所致。

18日晚,變電檢修人員將B相封母所在的廠房?jī)?nèi)外數(shù)個(gè)支持絕緣子拆下,用于封母通風(fēng),并投運(yùn)微正壓裝置。

19日中午,對(duì)B相封母進(jìn)行第二次絕緣電阻測(cè)試,電阻值變化仍不明顯。考慮此次檢修中B高廠變進(jìn)行返廠檢修后,與B高廠變高壓側(cè)連接的封母引線采用鋁筒罩進(jìn)行封堵,懷疑筒罩內(nèi)可能受潮。檢修人員對(duì)筒罩進(jìn)行鉆孔檢查,未發(fā)現(xiàn)有受潮跡象。封母通風(fēng)措施依舊進(jìn)行中。

20日上午,經(jīng)過(guò)該廠專(zhuān)家組分析,判斷B相封母可能存在不合格支柱絕緣子,決定對(duì)封母施加較高電壓等級(jí)的交流電壓,封母絕緣薄弱的部位會(huì)發(fā)生局部放電現(xiàn)象,通過(guò)放電所產(chǎn)生的聲音,迅速診斷故障點(diǎn)。

該次試驗(yàn)采用串聯(lián)諧振式工頻耐壓裝置,額定容量為10 kVA,輸出電壓為0～100 kV。根據(jù)《電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》要求,額定電壓為20 kV封母,正常交流耐壓試驗(yàn)電壓值為51 kV,所以該次試驗(yàn)過(guò)電壓保護(hù)整定設(shè)為56 kV。在現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備就位、安全措施檢查無(wú)誤后,對(duì)B相封母進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。試驗(yàn)電壓首先升至20 kV,封母未出現(xiàn)異?，F(xiàn)象；后將試驗(yàn)電壓逐步升高,當(dāng)升至46 kV時(shí),耐壓裝置的電流表和功率因數(shù)表出現(xiàn)小幅度擺動(dòng)現(xiàn)象,并伴隨B高廠變高壓側(cè)引線封堵鋁筒罩內(nèi)有悶響聲,在維持?jǐn)?shù)秒后,耐壓裝置保護(hù)動(dòng)作,切斷電源,停止試驗(yàn)。

20日中午,在做好封閉母線接地措施后,檢修人員將鋁筒罩側(cè)部切開(kāi),發(fā)現(xiàn)筒罩內(nèi)有刺鼻金屬煙塵味,之后使用吹風(fēng)機(jī)進(jìn)行換氣。待通風(fēng)半小時(shí)后,對(duì)B相封母進(jìn)行第三次絕緣電阻測(cè)試,絕緣電阻值上升至55.7 GΩ。待將B相封母通風(fēng)所拆下的廠房?jī)?nèi)外支持絕緣子恢復(fù)、發(fā)電機(jī)及出線系統(tǒng)引線連接恢復(fù),對(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試,測(cè)試結(jié)果達(dá)到規(guī)程要求,故障排除。

2 故障分析

氬弧焊接技術(shù)具有電流密度大、弧光強(qiáng)烈、金屬煙塵大等特點(diǎn)。金屬煙塵是懸浮于空氣中的固體金屬微粒。B高廠變封堵鋁筒罩與引線上方的隔斷套管形成密閉空間,空氣不能參與流通,金屬煙塵達(dá)到一定濃度后,將會(huì)使整個(gè)密閉空間內(nèi)空氣的絕緣強(qiáng)度降低,這是引起該次故障的直接原因。

18—19日試驗(yàn)表明,B相封母絕緣低不是因?yàn)槭艹彼?但可以確定封母導(dǎo)體與外殼間存在導(dǎo)電介質(zhì),可能是絕緣子帶有裂紋,或是存在其他導(dǎo)電物質(zhì)。施加交流電壓的目的在于利用耐壓裝置輸出的高電壓等級(jí),使封母絕緣薄弱部位發(fā)生局部放電現(xiàn)象,從而迅速鎖定故障點(diǎn)。

3 防范措施

此類(lèi)故障具有隱秘性強(qiáng)、危害性大、不易發(fā)現(xiàn)的特點(diǎn),故本次故障的處理對(duì)其他發(fā)電廠輸變電系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)具有一定的借鑒意義,現(xiàn)提出以下防范措施。

(1) 在對(duì)發(fā)電機(jī)出線封母進(jìn)行維修、改造過(guò)程中,涉及到切割、焊接作業(yè),必須在作業(yè)結(jié)束后對(duì)封母加強(qiáng)通風(fēng),且應(yīng)注意封母隔斷套管位置,確保整個(gè)系統(tǒng)空氣流通,必要時(shí)可投入微正壓裝置,避免金屬粉塵聚集在封母內(nèi)部,造成封母絕緣降低。

(2) 機(jī)組在停備后,應(yīng)持續(xù)投入微正壓裝置,減少封母受潮幾率,避免封母絕緣下降。

(3) 交流耐壓試驗(yàn)為破壞性試驗(yàn),耐壓裝置可輸出較高的電壓等級(jí),在查找封母絕緣故障時(shí),可作為一種手段,使不合格絕緣子內(nèi)部產(chǎn)生較大介質(zhì)損耗,發(fā)生熱擊穿,或使封母內(nèi)部空氣絕緣低的部位發(fā)生局部放電現(xiàn)象。此外,由于施加的電壓等級(jí)較高,試驗(yàn)前必須做好隔離措施,避免人身傷害。