水淹廠(chǎng)房后的發(fā)電機(jī)定子絕緣故障診斷和分析

史興文

（青海黃河電力檢修工程有限公司，青海 西寧 810000）

國(guó)內(nèi)某大型水電站發(fā)生水淹廠(chǎng)房事故，地下廠(chǎng)房配電系統(tǒng)及排水系統(tǒng)全部癱瘓，積水無(wú)法有效排出，導(dǎo)致其發(fā)電機(jī)組在水中浸泡超過(guò)72 h。在設(shè)備干燥及試驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)電機(jī)定子絕緣故障頻出，后期通過(guò)不斷地試驗(yàn)、分析和驗(yàn)證，逐步排除了各種故障并分析故障產(chǎn)生的原因，該過(guò)程可作為今后此類(lèi)絕緣故障分析判斷的經(jīng)驗(yàn)和參考。

1 發(fā)電機(jī)恢復(fù)方案

事故發(fā)生后，經(jīng)檢查計(jì)劃首先進(jìn)行恢復(fù)的1號(hào)機(jī)組未發(fā)生發(fā)電機(jī)短路、接地等故障，為盡快恢復(fù)電廠(chǎng)生產(chǎn)運(yùn)行，決定采取不吊出轉(zhuǎn)子的方案，在基坑內(nèi)對(duì)設(shè)備進(jìn)行清洗和干燥。因洪水夾帶大量粘性泥土，檢修人員首先使用高壓水槍對(duì)發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子進(jìn)行清洗，其次對(duì)發(fā)電機(jī)定子上下端部、定子線(xiàn)棒間隙、定子通風(fēng)槽、轉(zhuǎn)子磁極等處遺留的雜物進(jìn)行清理，使機(jī)組具備空轉(zhuǎn)的條件。計(jì)劃經(jīng)過(guò)72 h的空轉(zhuǎn)干燥和12 h的定子短路干燥，通過(guò)各項(xiàng)試驗(yàn)對(duì)定、轉(zhuǎn)子進(jìn)行檢查，對(duì)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并確定下一步的恢復(fù)方法和步驟。

1號(hào)機(jī)組最近一次大修后發(fā)電機(jī)定子絕緣電阻和直流耐壓（泄漏電流）試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1和表2，定子線(xiàn)棒溫度為18 ℃。

表1 最近一次大修后發(fā)電機(jī)定子絕緣電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表2 最近一次大修后發(fā)電機(jī)定子泄漏電流（μA）試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2 發(fā)電機(jī)空轉(zhuǎn)干燥及試驗(yàn)

2.1 空轉(zhuǎn)干燥前

轉(zhuǎn)子絕緣電阻為零，定子三相絕緣電阻（1 min）為10～140 MΩ不等。因發(fā)電機(jī)額定電壓為18 kV，考慮其在水分流失后仍存在較高絕緣且此時(shí)發(fā)電機(jī)并未得到干燥，故此數(shù)據(jù)只作為后期對(duì)比的基礎(chǔ)，不做參考[1]。

2.2 空轉(zhuǎn)1 h后

定、轉(zhuǎn)子絕緣電阻全部為零。因發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中從轉(zhuǎn)子內(nèi)部甩出大量泥水，安排檢修人員使用帶電清洗劑對(duì)發(fā)電機(jī)定子端部進(jìn)行清洗，防止甩出的泥水變干后形成長(zhǎng)久附著物。

2.3 空轉(zhuǎn)7 h后

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣電阻為零，定子絕緣電阻數(shù)據(jù)均得以回升（表3），但A相上側(cè)數(shù)據(jù)明顯低于其余各相，考慮到此時(shí)發(fā)電機(jī)仍未得到徹底干燥，決定繼續(xù)進(jìn)行空轉(zhuǎn)，此異?，F(xiàn)象并未引起足夠的重視。

表3 發(fā)電機(jī)空轉(zhuǎn)7 h后發(fā)電機(jī)定子絕緣電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.4 空轉(zhuǎn)干燥72 h后

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣為0.87 MΩ，定子絕緣電阻得到進(jìn)一步回升（表4），此外發(fā)電機(jī)定子直流電阻、轉(zhuǎn)子直流電阻及交流阻抗等試驗(yàn)均合格，與以往數(shù)據(jù)無(wú)明顯變化。此時(shí)，因定子三相絕緣電阻數(shù)據(jù)無(wú)明顯差異，且吸收比和極化指數(shù)均已滿(mǎn)足規(guī)程要求[2]，故對(duì)空轉(zhuǎn)干燥后的定子絕緣較有信心。

表4 發(fā)電機(jī)空轉(zhuǎn)72 h后發(fā)電機(jī)定子絕緣電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 發(fā)電機(jī)定子短路干燥及試驗(yàn)

3.1 A相線(xiàn)棒擊穿過(guò)程

通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子施加勵(lì)磁電流，在發(fā)電機(jī)定子短路干燥12 h后，定子絕緣電阻繼續(xù)提升（表5）。因三相數(shù)據(jù)無(wú)明顯差異，決定進(jìn)行發(fā)電機(jī)定子直流耐壓試驗(yàn)。在A相加壓至17.6 kV時(shí)發(fā)生擊穿，此時(shí)絕緣電阻降為0.6 MΩ，判斷為高阻接地。使用電容放電法定位出故障線(xiàn)棒，發(fā)現(xiàn)為1根線(xiàn)棒絕緣損壞對(duì)定子鐵心放電。安排檢修人員對(duì)故障線(xiàn)棒進(jìn)行拆除及更換，期間對(duì)A相槽內(nèi)剩余線(xiàn)棒和備品線(xiàn)棒進(jìn)行試驗(yàn)，均符合要求[3]。

表5 發(fā)電機(jī)定子短路干燥12 h后絕緣電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)

為給發(fā)電機(jī)進(jìn)水受潮后定子絕緣受損情況分析提供依據(jù)，對(duì)擊穿部位進(jìn)行絕緣層分解和檢查、對(duì)故障線(xiàn)棒的完好部分進(jìn)行直流及交流耐壓試驗(yàn)（升至50 kV時(shí)均未發(fā)生擊穿）。初步判斷此線(xiàn)棒雖已運(yùn)行超過(guò)20年、經(jīng)過(guò)進(jìn)水受潮，但其絕緣層仍較為完好，線(xiàn)棒擊穿為固有的絕緣老化故障引起，屬于個(gè)例。

3.2 故障線(xiàn)棒更換后試驗(yàn)

損壞的定子線(xiàn)棒更換后，對(duì)B、C兩相分別施加直流高壓，在電壓分別升高至9 kV和6 kV時(shí)，在20 s 后泄漏電流從正常數(shù)值開(kāi)始急劇上下波動(dòng)，為避免故障擴(kuò)散，試驗(yàn)人員停止加壓[4]。考慮到定子端部手包絕緣在高溫進(jìn)水后，可能因內(nèi)外部溫差大、各種材料收縮系數(shù)不同等導(dǎo)致絕緣盒開(kāi)裂或原有氣隙擴(kuò)大，決定對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組施加直流電壓，測(cè)量其端部手包絕緣處泄漏電流是否符合規(guī)程要求。對(duì)發(fā)電機(jī)定子上下端部絕緣盒包裹錫箔紙，在施加18 kV直流電壓后對(duì)絕緣盒泄漏電流進(jìn)行測(cè)試，在抽檢后發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)可能的第一時(shí)間進(jìn)水區(qū)域，端部絕緣泄漏電流超標(biāo)較為嚴(yán)重，因此在此區(qū)域進(jìn)行了全檢并將所有超過(guò)30 μA的絕緣盒進(jìn)行剔除、重新制作和靜置24 h。綜合上述所有的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在此后不排除發(fā)電機(jī)在經(jīng)過(guò)上述干燥過(guò)程后，絕緣仍有受潮的可能（絕緣內(nèi)部潮氣未100%排出），決定繼續(xù)進(jìn)行72 h短路干燥。

3.3 短路干燥72 h后試驗(yàn)

為驗(yàn)證之前方案的結(jié)果，對(duì)經(jīng)過(guò)更換的絕緣盒再次進(jìn)行測(cè)試，泄漏電流數(shù)據(jù)均明顯下降且符合規(guī)程要求。對(duì)發(fā)電機(jī)定子A、B、C三相分別施加 36 kV（2.0Un）直流電壓（表6），泄露電流數(shù)據(jù)雖高于歷次試驗(yàn)數(shù)值（如表2中數(shù)據(jù)），但考慮到其進(jìn)水受損的情況、各相間差別小于100%且泄漏電流不隨時(shí)間的變化而增大，判斷試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格[5]。對(duì)發(fā)電機(jī)定子A、B、C三相分別施加23.4 kV的交流電壓，耐壓1 min通過(guò)，耐后絕緣正常。在經(jīng)過(guò)開(kāi)機(jī)前的各項(xiàng)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)后，1號(hào)機(jī)組成功完成并網(wǎng)發(fā)電。

表6 發(fā)電機(jī)定子最終的泄漏電流（μA）試驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 結(jié)語(yǔ)

1號(hào)機(jī)組是該電站水淹廠(chǎng)房后計(jì)劃恢復(fù)的首臺(tái)機(jī)組，因此在恢復(fù)過(guò)程中研究產(chǎn)生的實(shí)施方案和應(yīng)對(duì)措施、試驗(yàn)數(shù)據(jù)和對(duì)比結(jié)論、故障分析和判斷依據(jù)等對(duì)剩余機(jī)組的后續(xù)恢復(fù)措施有著非常重要的意義。雖然在此過(guò)程中，每個(gè)階段的試驗(yàn)數(shù)據(jù)讓判斷分析變得異常復(fù)雜，但通過(guò)深入的研究和綜合性的判斷，最終成功解決了水淹廠(chǎng)房后的發(fā)電機(jī)定子絕緣故障的分析和判斷，為機(jī)組安全穩(wěn)定的并網(wǎng)運(yùn)行提供了條件。