一起150MW汽輪發(fā)電機(jī)定子下層繞組線棒接地查找與處理分析

吳乃科

（廣西百色銀海發(fā)電有限公司）

0 引言

汽輪發(fā)電機(jī)是火力發(fā)電廠主要設(shè)備之一，它與鍋爐和汽輪機(jī)稱(chēng)為三大主機(jī)，由汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，將其機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，并實(shí)現(xiàn)發(fā)電。汽輪發(fā)電機(jī)主要由定子與轉(zhuǎn)子組成，其中定子由定子鐵心、線棒、機(jī)座以及固定這些部分的其他結(jié)構(gòu)件組成。

本文介紹了一起150WM汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組線棒接地故障檢查、處理整個(gè)過(guò)程，并根據(jù)故障接地點(diǎn)分析了事故成因，簡(jiǎn)述了其接地故障點(diǎn)查找及修復(fù)方案，對(duì)故障成因開(kāi)展了理論分析研究，提出了預(yù)防措施，對(duì)降低事故發(fā)生概率，提升電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性具有一定參考意義。

1 故障信息介紹

1.1 故障發(fā)電機(jī)信息

故障發(fā)電機(jī)系山東濟(jì)南發(fā)電設(shè)備廠2007年4月生產(chǎn)，2007年10月投入運(yùn)行。該發(fā)電機(jī)型號(hào)WX21Z-085LLT，額定功率150MW，定子額定電壓15.75kV，額定電流6469A，冷卻方式為密閉循環(huán)式空氣冷卻，絕緣等級(jí)F級(jí)。查閱檢修記錄資料，最近一次A級(jí)檢修為三年前，各項(xiàng)例行檢修、預(yù)防性試驗(yàn)均正常。

1.2 故障發(fā)生過(guò)程

故障前發(fā)電機(jī)運(yùn)行各項(xiàng)主要參數(shù)正常：有功功率145MW，發(fā)電機(jī)定子電壓15.78 kV，發(fā)電機(jī)定子電流5.88kA，勵(lì)磁電壓216V，勵(lì)磁電流1218A。

14點(diǎn)04分41秒，發(fā)電機(jī)事故喇叭響。A、B套發(fā)變組保護(hù)裝置“定子接地3U0”、“定子接地3W”保護(hù)動(dòng)作出口，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。#1發(fā)變組出口開(kāi)關(guān)、發(fā)電機(jī)滅磁開(kāi)關(guān)跳閘，6kV廠用電快切裝置聯(lián)動(dòng)切換成功。

查看發(fā)變組故障錄波屏故障錄波記錄：發(fā)電機(jī)出口 PT開(kāi)口三角二次電壓為 73.47 V。查看#1發(fā)變組保護(hù)A柜“發(fā)電機(jī)3U0定子接地II”保護(hù)動(dòng)作值為29.43V，B柜“發(fā)電機(jī)3U0定子接地II”保護(hù)動(dòng)作值為29.11V（整定值均為10.0 V），保護(hù)正確動(dòng)作。

2 檢查過(guò)程

為了避免產(chǎn)生錯(cuò)誤判斷，縮短機(jī)組并網(wǎng)時(shí)間，通過(guò)檢查、試驗(yàn)等方法，逐步逼近查找故障點(diǎn)，查找步驟如下：

1）#1發(fā)變組跳閘后，查閱故障錄波裝置和保護(hù)裝置故障記錄，排除了保護(hù)誤動(dòng)跳閘的可能，就地檢查發(fā)變組一次系統(tǒng)未見(jiàn)明顯異常點(diǎn)。 對(duì)#1發(fā)變組一次系統(tǒng)（發(fā)電機(jī)、出口PT、主變、廠高變及出口避雷器）整體測(cè)量絕緣電阻值為0.01MΩ，說(shuō)明發(fā)變組存在接地點(diǎn)。

2）將#1發(fā)電機(jī)定子三相引出軟連接線拆開(kāi)后，測(cè)量其絕緣電阻值為：A相180/70MΩ（R60/R15）；B相0.01/0.01MΩ（R60/R15）；C相150/60MΩ（R60/R15）。測(cè)量發(fā)電機(jī)出口三相封閉母線絕緣電阻值為：A相4.51/3.19 GΩ（R60/R15）；B相5.42/4.22GΩ（R60/R15）；C相5.87/4.59GΩ（R60/R15）。確定接地點(diǎn)在發(fā)電機(jī)本體定子B相和引出短線之間區(qū)域，排除主變、廠高變等設(shè)備接地的可能性。

3）拆開(kāi)發(fā)電機(jī)兩側(cè)上端蓋和上內(nèi)護(hù)板檢查，未發(fā)現(xiàn)端部繞組線棒有明顯異常點(diǎn)。對(duì)發(fā)電機(jī)B相出線絕緣板去污，用工業(yè)酒精清洗后，測(cè)量絕緣電阻值 0.01MΩ。排除發(fā)電機(jī)B相短引出線穿入支撐絕緣板臟污引起接地的可能，判斷發(fā)電機(jī)內(nèi)部B相定子繞組線棒有接地點(diǎn)。

3 接地故障點(diǎn)查找

根據(jù)測(cè)量的絕緣電阻值可以判斷該發(fā)電機(jī)定子繞組B相線棒為低阻接地故障，采用直流沖擊法進(jìn)行故障點(diǎn)查找，如圖1所示，試驗(yàn)變壓器（T）作為試驗(yàn)充電電源，在變壓器高壓側(cè)裝設(shè)高壓硅堆（V），其作用是整流輸出直流電源。加裝保護(hù)限流電阻（R），其作用是防止變壓器高壓側(cè)過(guò)流，一般選擇10～100MΩ水阻。試驗(yàn)回路中并接高壓電容器（C），一般選擇0.1μF、15kV高壓電容。試驗(yàn)回路中球間隙裝置（F）的作用是調(diào)節(jié)試驗(yàn)時(shí)需要充放電的電壓值。直流沖擊法工作原理：直流電壓加壓后對(duì)高壓電容充電，電容器電壓上升至球隙擊穿電壓，球隙擊穿，充電電容通過(guò)球隙對(duì)故障點(diǎn)放電。充電電容放電后電壓下降，球間隙恢復(fù)絕緣，試驗(yàn)變壓器再次對(duì)充電電容充電。通過(guò)調(diào)節(jié)球間隙距離可調(diào)節(jié)試驗(yàn)電壓大小及放電時(shí)間間隔，形成對(duì)故障點(diǎn)間隙放電[1]。

圖1 直流沖擊法原理接線圖

抽出發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子后，采用直流加壓沖擊法查找接地故障點(diǎn)。派專(zhuān)人在發(fā)電機(jī)汽、勵(lì)兩端不同位置進(jìn)行觀察，升壓到3.6kV，發(fā)電機(jī)內(nèi)部無(wú)放電現(xiàn)象，繼續(xù)升壓至5kV，在發(fā)電機(jī)勵(lì)端側(cè)52槽（從勵(lì)端看11點(diǎn)左右位置）下層繞組線棒出槽口R角外第一道氣封綁繩處發(fā)現(xiàn)明顯的放電聲和火光，已確定發(fā)電機(jī)定子B相繞組線棒接地點(diǎn)位置，如圖2所示。

圖2 接地點(diǎn)位置示意圖

4 故障特點(diǎn)及處理方案

此次發(fā)電機(jī)定子B相繞組線棒主絕緣受損點(diǎn)在勵(lì)端側(cè)52槽第二層（下層）線棒出槽口R角外第一道汽封綁繩的交叉U形半開(kāi)口空腔縫隙內(nèi)，距離發(fā)電機(jī)勵(lì)端端部槽口約10cm位置。因絕緣擊穿點(diǎn)在下層繞組線棒側(cè)面，被上層線棒遮擋無(wú)法直接觀察到，修復(fù)工序受可施工操作空間限制，無(wú)法清理干凈絕緣受損點(diǎn)周?chē)慕^緣材料及削成坡口，也影響后續(xù)的絕緣包扎恢復(fù)等施工工序。設(shè)備制造廠提供的修復(fù)方案拆除上層4根線棒，騰出空間再對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)，耗時(shí)較長(zhǎng)，修復(fù)時(shí)間約1個(gè)半月。基于區(qū)域電網(wǎng)保穩(wěn)需求等原因，這么長(zhǎng)的修復(fù)時(shí)間，迫使區(qū)域電網(wǎng)存在很大的安全隱患。經(jīng)與設(shè)備制造廠技術(shù)人員充分討論，互換意見(jiàn)，從技術(shù)角度論證提出局部維修方案。即現(xiàn)場(chǎng)制作針對(duì)性特殊修復(fù)工具，并用窺視設(shè)備輔助，不拆除上層線棒的情況下對(duì)該絕緣擊穿點(diǎn)進(jìn)行局部修復(fù)，工期可以在10天內(nèi)完成。

5 處理過(guò)程

清除下層線棒絕緣擊穿點(diǎn)周?chē)钠饨壚K和上層線棒影響維修的墊繩，利用可伸縮檢測(cè)鏡和內(nèi)窺攝像頭進(jìn)行輔助可視。現(xiàn)場(chǎng)制作各類(lèi)形狀挖補(bǔ)工具，仔細(xì)清理絕緣受損點(diǎn)周?chē)蓟慕^緣材料至導(dǎo)線層，沿受損點(diǎn)四周絕緣材料削成坡口，打磨成斜錐狀，坡面平滑、均勻，如圖3所示。

圖3 絕緣受損點(diǎn)剖削示意圖

絕緣受損點(diǎn)按照工藝要求處理好后進(jìn)行B相繞組線棒直流耐壓及泄漏電流試驗(yàn)。按照DL/T596－1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗(yàn)電壓2.5Un，1min通過(guò)[3]。進(jìn)行受損點(diǎn)絕緣層包扎工序：用無(wú)水酒精擦干凈后刷涂一層固化環(huán)氧樹(shù)脂漆，然后采用與線棒絕緣相同的絕緣材料（特5440-1多膠云母帶）逐層刷EP160進(jìn)口樹(shù)脂進(jìn)行半迭繞包（共計(jì)包扎14層），層間刷EP160進(jìn)口樹(shù)脂漆的黏度應(yīng)適當(dāng)，涂刷要均勻。主絕緣層半迭繞包完成后，按工藝要求恢復(fù)防暈層。外層包低阻防電暈帶，用保溫材料做好局部防護(hù)后用紅外加熱烘干，溫度保持在115℃左右約24h烘干，自然降溫至室溫，最后刷高阻防暈漆晾干。

局部絕緣修復(fù)處理的重點(diǎn)應(yīng)掌握修理部分絕緣層無(wú)氣泡夾雜，因此，應(yīng)嚴(yán)格按半迭包繞工藝，“半迭”應(yīng)保證準(zhǔn)確。絕緣云母帶包扎過(guò)程中不可出現(xiàn)皺褶，包扎絕緣帶時(shí)可適當(dāng)用力拉緊，但用力均勻。

全部修復(fù)工序完工后再次按照DT/T596－1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》要求進(jìn)行發(fā)電機(jī)試驗(yàn)[3]：定子繞組線棒絕緣電阻、直流電阻測(cè)試合格；定子B相線棒泄漏電流和直流耐壓試驗(yàn)（試驗(yàn)電壓2.5Un，39.4 kV）合格，交流耐壓試驗(yàn)（試驗(yàn)電壓1.5Un，23.6kV）1min通過(guò)。

6 原因分析及防范措施

此次#1發(fā)電機(jī)定子B相繞組線棒絕緣受損點(diǎn)的部位特殊，在發(fā)電機(jī)勵(lì)端側(cè)52槽第二層（下層）線棒出槽口R角外線棒第一道汽封綁繩的交叉U形半開(kāi)口空腔縫隙內(nèi)[4]。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢查情況分析判斷：發(fā)電機(jī)生產(chǎn)制造過(guò)程中的定子汽封綁繩（汽、勵(lì)側(cè)端部出槽囗處的第一道綁繩），因制造工藝原因，存在交叉縫隙中會(huì)形成倒U形半開(kāi)口空腔，如果發(fā)電機(jī)內(nèi)部存在金屬性顆粒狀異物，運(yùn)行中在風(fēng)力的擾動(dòng)與磁場(chǎng)吸引力作用下，金屬性顆粒物在定子內(nèi)四處漂移，機(jī)緣湊巧中，有金屬導(dǎo)磁性顆粒物掉入此空腔內(nèi)，在端部交變磁場(chǎng)的作用下，金屬性顆粒會(huì)在倒U形空腔內(nèi)持續(xù)振動(dòng)、旋轉(zhuǎn)磨蝕繞組的云母絕緣，形成磨蝕凹陷，達(dá)到一定深度后，繞組線棒云母絕緣層磨蝕減薄，承受耐電壓值降低，最終發(fā)生絕緣擊穿，形成接地故障。排查時(shí)發(fā)現(xiàn)勵(lì)端、汽端還有幾處存在類(lèi)似情況，只是主絕緣磨損的程度較小，沒(méi)有被擊穿。該發(fā)電機(jī)冷卻方式為密閉循環(huán)式空氣冷卻，進(jìn)入發(fā)電機(jī)腔內(nèi)的冷卻空氣應(yīng)是不帶有灰塵或金屬性顆粒物的潔凈空氣。那么金屬導(dǎo)磁性顆粒物是怎么進(jìn)入到發(fā)電機(jī)定子腔內(nèi)的呢？經(jīng)過(guò)分析總結(jié)可能原因有以下四點(diǎn)：①發(fā)電機(jī)制造過(guò)程中機(jī)座焊接產(chǎn)生的飛濺金屬焊渣。②制造過(guò)程中機(jī)座噴鋼砂除銹、消應(yīng)力后清理不干凈的鋼砂遺留物。③現(xiàn)場(chǎng)安裝過(guò)程中，有焊接作業(yè)時(shí)防護(hù)不嚴(yán)，有飛濺焊渣進(jìn)入機(jī)座內(nèi)。④發(fā)電機(jī)下機(jī)座與周邊基礎(chǔ)密封不嚴(yán)，檢修施工現(xiàn)場(chǎng)的雜物中有含金屬性顆粒隨冷卻風(fēng)循環(huán)吸入發(fā)電機(jī)內(nèi)。對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)出風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)一步的檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)下機(jī)座與周邊基礎(chǔ)密封不嚴(yán)，判斷檢修施工現(xiàn)場(chǎng)的雜物中有含金屬性顆粒從該處進(jìn)入發(fā)電機(jī)膛內(nèi)的主要原因。怎樣避免類(lèi)似問(wèn)題的發(fā)生呢？經(jīng)過(guò)與發(fā)電機(jī)制造廠進(jìn)行技術(shù)交流，形成統(tǒng)一意見(jiàn)并提出以下防范措施：①利用此次檢修機(jī)會(huì)全面檢查發(fā)電機(jī)的整體密封性，對(duì)不符合要求及時(shí)做整改，特別是仔細(xì)檢查冷風(fēng)交換間隙通道，不應(yīng)大于設(shè)計(jì)要求。②對(duì)發(fā)電機(jī)定子進(jìn)行全面檢查清理，主要位置是:機(jī)座內(nèi)各個(gè)風(fēng)區(qū)，定子鐵心、繞組線棒的全部通風(fēng)間隙。③用面粉、吸塵器將發(fā)電機(jī)冷風(fēng)室內(nèi)徹底清理干凈，清理后再上一層油漆，確保墻面光滑，無(wú)異物。

7 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于該類(lèi)型的發(fā)電機(jī)，防止金屬性顆粒物進(jìn)入發(fā)電機(jī)腔內(nèi)并進(jìn)入汽封綁繩交叉空腔縫隙內(nèi)造成定子繞組絕緣故障，最主要也是最有效的手段是加強(qiáng)發(fā)電機(jī)檢修期間對(duì)進(jìn)出風(fēng)系統(tǒng)以及機(jī)座與周邊基礎(chǔ)密封性的檢查。每次大、小修都應(yīng)仔細(xì)檢查發(fā)電機(jī)定子繞組端部，特別是汽封綁繩交叉空腔縫隙內(nèi)繞組線棒絕緣是否有磨損的痕跡，尤其是發(fā)現(xiàn)有環(huán)氧粉、泥時(shí)，應(yīng)當(dāng)借助內(nèi)窺攝像頭等可視設(shè)備認(rèn)真細(xì)致地檢查。以便及早發(fā)現(xiàn)缺陷隱患，并及時(shí)消除。