托口水電廠2 號(hào)發(fā)電機(jī)定子線棒損傷原因分析及處理

朱 琪

（1.五凌電力有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410004；2.懷化沅江電力開發(fā)有限責(zé)任公司，湖南 懷化 418106）

1 發(fā)電機(jī)概述及基本參數(shù)

托口水電廠位于沅江干流上游，總裝機(jī)容量830 MW,裝有4 臺(tái)單機(jī)容量為200 MW 和2 臺(tái)單機(jī)容量為15 MW 的混流式發(fā)電機(jī)組，以發(fā)電為主，兼有航運(yùn)、防洪等綜合利用效益。2 號(hào)機(jī)組于2014 年3 月投產(chǎn)運(yùn)行，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 故障現(xiàn)象描述

2020 年5 月某日，托口水電廠2 號(hào)發(fā)變組B 級(jí)檢修過程中，為全面了解發(fā)電機(jī)整體狀況，按照五凌電力企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/WL 12-2014《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)實(shí)施細(xì)則》對(duì)2 號(hào)發(fā)電機(jī)開展定子繞組絕緣電阻與吸收比、直流電阻以及交流耐壓等相關(guān)試驗(yàn)。2號(hào)發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣電阻試驗(yàn)合格后，進(jìn)行發(fā)電機(jī)C 相繞組直流耐壓試驗(yàn)，在加壓至23.6 kV 左右時(shí)發(fā)生放電現(xiàn)象，儀表電壓降至2 kV 左右，放電后對(duì)C 相絕緣電阻進(jìn)行復(fù)測(cè)，采用2 500 V 搖表進(jìn)行加壓時(shí)定子繞組間歇性放電，關(guān)燈后發(fā)現(xiàn)在繞組中性點(diǎn)部位有明顯放電火花，對(duì)A、B 相進(jìn)行了2.0Un的直流耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格。隨后對(duì)定子繞組進(jìn)行了專項(xiàng)檢查，為排除灰塵、雜質(zhì)等影響，將試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的放電線棒附近槽部油泥等雜質(zhì)清理后，再次復(fù)測(cè)，仍只能承受8 kV 左右的直流電壓，繼續(xù)查找過程中發(fā)現(xiàn)某線棒槽部存在一根8 cm 左右的焊條，將放電部位附近的線棒拔出來后發(fā)現(xiàn)線棒上存在明顯損傷[1-3]。

3 故障原因分析

通過對(duì)定子線棒的絕緣損傷位置進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)四根下層定子線棒上端部（靠近齒壓板處）絕緣層有不同程度損傷，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)定子的工作情況和周圍的工作環(huán)境，對(duì)其故障做出了初步的判斷，該故障主要是由于機(jī)組安裝時(shí)焊條遺留在槽部，運(yùn)行期間在電磁場(chǎng)長(zhǎng)期作用下，使定子線棒的絕緣持續(xù)受到損傷，最終使線棒主絕緣受到損傷，對(duì)其進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，其結(jié)果不能滿足安全運(yùn)行的需求，繼續(xù)運(yùn)行存在較大安全隱患，為保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，決定對(duì)其進(jìn)行更換[4]。

4 故障處理

定子線棒所處位置空間狹小，施工難度較大，面對(duì)巨大挑戰(zhàn)，電廠提前制定周密詳細(xì)的施工方案，確定總體思路：在確定損傷的定子線棒后，計(jì)算上下層線棒需要拆卸的最小值，在盡量不破壞原定子線棒的前提下將損壞的線棒進(jìn)行更換，嚴(yán)格執(zhí)行線棒安裝工藝，更換后滿足安全生產(chǎn)要求[5]。

4.1 磁極拆卸

（1）確認(rèn)故障定子線棒對(duì)應(yīng)磁極正上方上機(jī)架雙層蓋板位置后，通過橋機(jī)分步吊起上機(jī)架上層蓋板和下層蓋板，隨后拆除對(duì)應(yīng)位置的擋風(fēng)板。

（2）拆除轉(zhuǎn)子上下引風(fēng)板，對(duì)需拆除的磁極的磁極鍵的安裝位置、鍵與鍵槽接觸部位使用劃針進(jìn)行標(biāo)記后，拆卸磁極引線及阻尼環(huán)連接片。

（3）采用兜吊的方式，將吊帶從磁極底部、磁極兩側(cè)穿過，掛于安裝在橋機(jī)電動(dòng)葫蘆上，調(diào)整電動(dòng)葫蘆位置使其處于磁極正上方，稍微收緊鏈條葫蘆使吊帶受力。

（4）拔磁極鍵。用角磨機(jī)磨去磁極鍵焊接點(diǎn)，在磁極鍵上焊接螺桿，安裝磁極鍵拆卸工具，用液壓千斤頂頂出磁極鍵或橋機(jī)主鉤拔拉磁極鍵。

（5）吊出磁極。在磁極與定子之間插入木板后，檢查吊帶的受力情況正常，操作鏈條葫蘆上升，將磁極起升10 mm 后，停止上升。檢查磁極的垂直度在正常范圍內(nèi)，抽動(dòng)木板檢查磁極與木板無夾、碰現(xiàn)象，繼續(xù)使用鏈條葫蘆完成磁極起吊工作，此過程需將磁極棱角部位橡膠墊包住，并在橡皮外面包L 型鋁板防護(hù)，防止起吊過程中磁極轉(zhuǎn)角繞組變形及破壞絕緣。

4.2 線棒更換

（1）準(zhǔn)備工作。對(duì)轉(zhuǎn)子與定子間的空氣間隙進(jìn)行可靠封堵，防止絕緣盒拆除過程中大量的絕緣盒碎片及絕緣膠碎塊落入空氣間隙中，下部絕緣盒拆除前應(yīng)對(duì)下風(fēng)洞相關(guān)設(shè)備做好可靠遮蓋，同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)子上部孔洞進(jìn)行可靠封閉，防止人員在施工過程中跌落。按照?qǐng)D紙對(duì)定子線槽進(jìn)行編號(hào)，并將發(fā)電機(jī)出口引線、發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)引線及跨橋引線等特殊位置的線棒進(jìn)行記錄。

（2）絕緣盒拆除。使用鐵柄起或平口鑿將絕緣盒及其內(nèi)部灌注膠去除，去除時(shí)應(yīng)注意控制力度，清除線棒與并頭板間灌注膠時(shí)注意不能損壞線棒端部絕緣或?qū)€棒銅股線造成損傷；灌注膠在不損壞線棒的前提下應(yīng)盡可能的清理干凈，否則在并頭板焊開的過程中將產(chǎn)生大量帶煙霧的有害氣體并延長(zhǎng)加熱時(shí)間，線棒端部長(zhǎng)時(shí)間過熱將影響端部主絕緣，增加后續(xù)絕緣處理的工作量，甚至導(dǎo)致該線棒報(bào)廢。

（3）并頭板焊開。用濕石棉布對(duì)線棒端部絕緣進(jìn)行保護(hù)，將中頻焊機(jī)感應(yīng)線圈夾緊線棒并頭板；啟動(dòng)中頻焊機(jī)，調(diào)整中頻焊機(jī)功率，待并頭板受熱發(fā)紅，焊料熔化，用扁鏟將并頭板與定子線棒端頭分開，過程中應(yīng)不斷用噴壺對(duì)石棉布進(jìn)行濕潤降溫，在焊開線棒并頭板過程中及時(shí)清理焊料，避免燒傷和損壞其他線棒絕緣，按照相同的方法依次將上、下兩層線棒并頭板焊開，跨橋引線及匯流環(huán)引線因加熱所需感應(yīng)圈規(guī)格不同可最后單獨(dú)焊開。

（4）線棒槽楔及墊塊退出。割除線棒下端槽楔的綁繩，將封底槽楔拆除，使用木錘敲打退槽楔工具（可現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)槽楔形狀特點(diǎn)制作專用工具），將槽楔及槽內(nèi)墊條自下而上退出；槽楔全部退出后，拆除槽口墊塊，斜邊墊塊及適形墊，割除線棒與端箍間綁線，綁線及墊塊敲除過程中應(yīng)控制好敲擊力度，注意墊塊松動(dòng)情況，不能損傷相鄰線棒絕緣，禁止重錘敲打，對(duì)于一部分較緊的槽楔可用鐵柄起直接破除。

（5）舊線棒拆除。首先拆除上層線棒， 線棒拔出前在定子線棒上端固定一根合成纖維吊帶（纖維繩），使用橋機(jī)吊住線棒，也可現(xiàn)場(chǎng)制作龍門架，懸掛手拉葫蘆對(duì)線棒進(jìn)行固定，防止線棒在拆除過程中突然松動(dòng)下墜，在線棒上、下槽口處系上抬繩（尼龍繩或臘旗繩），將抬杠穿入繩中，抬杠一端與鐵心接觸，形成杠桿，抬杠與鐵心接觸端必須使用羊毛氈或其他柔性材質(zhì)進(jìn)行包裹保護(hù)，使用時(shí)與鐵心接觸處鋪墊較厚的木板，防止抬線棒時(shí)損傷定子鐵心，工作人員上、下一起用力將定子線棒向槽外抬出，過程中在上、下端部用橡皮錘橋敲擊線棒，使其振動(dòng)更容易拔出；上層線棒拔出后，取出層間墊條，對(duì)于較長(zhǎng)的線棒轉(zhuǎn)運(yùn)過程中必須由雙人手持直線段兩端進(jìn)行搬，避免線棒產(chǎn)生彎曲變形。上下層線棒中間及下層線棒與槽底之間安放有測(cè)溫元件，用250 V 絕緣電阻表測(cè)量其對(duì)地絕緣應(yīng)大于20 MΩ，用萬用表檢查單組回路應(yīng)無開路，回路間應(yīng)無短路，測(cè)量直阻，與同型號(hào)合格的電阻測(cè)溫計(jì)比較應(yīng)無明顯差別，用220 V 試驗(yàn)電壓耐壓1 min 應(yīng)無損壞,對(duì)于不合格的測(cè)溫元件裝復(fù)時(shí)應(yīng)進(jìn)行更換。接著拆除下層線棒，下層線棒拔出前應(yīng)先拆除相應(yīng)的斜邊墊塊，拆除端部綁扎，按照與上層線棒拔出相同的方法，拔出下層線棒，若線棒在槽內(nèi)過緊時(shí)，可在中部通風(fēng)溝處增加抬繩數(shù)量，實(shí)在拆卸困難的可使用手拉葫蘆向外拉出線棒。

（6）新線棒安裝。使用低壓檢修方法用氣流對(duì)更換部分線棒定子鐵心，特別是定子鐵心槽內(nèi)進(jìn)行整體吹掃，以定子鐵心中心線和線棒中心線為基準(zhǔn)，先將下層線棒嵌入槽內(nèi)。線棒平槽后，用壓板和木榔頭將線棒打入槽底。當(dāng)下層線棒嵌入后，用槽楔墊塊和木墊塊固定線棒，使線棒直線部分緊貼槽底，必須保證嵌入的定子線棒在鐵心上、下兩端以及和相鄰線棒的斜邊間隔均勻。待下層線棒全部安裝完成后，統(tǒng)一上、下端綁繩位置線高度，將線棒與端箍環(huán)綁扎牢固，綁扎不應(yīng)少于3 層，綁繩應(yīng)拉緊并與線棒貼實(shí)。綁繩完成后，使用木錘輕敲斜邊墊塊至指定安裝位置完成斜邊墊塊的安裝。按照工序完成下層線棒嵌入所有的工作后，對(duì)下層線棒進(jìn)行整體耐壓試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)合格即可參照下層線棒下線、綁扎方法進(jìn)行上層線棒嵌入，隨后同樣進(jìn)行上層線棒整體耐壓試驗(yàn)。

（7）新線棒安裝完成后，即可按順序安裝槽楔及槽口墊塊、焊接并頭套、灌注絕緣盒、焊接引出線、絕緣包扎，并對(duì)定子進(jìn)行整體衛(wèi)生清掃。

（8）定子整體干燥。在定子下方放置足量履帶式加熱板，使用篷布對(duì)定子整體進(jìn)行遮蓋干燥。完成干燥處理后進(jìn)行電氣預(yù)試，測(cè)試定子繞組端部的固有振動(dòng)頻率，對(duì)線圈端部的固定情況再次進(jìn)行檢查，確保固定牢固，然后再進(jìn)行絕緣電阻和相應(yīng)的吸收比試驗(yàn)，確保定子繞組的質(zhì)量滿足安全運(yùn)行的需求。

5 結(jié)語

水輪發(fā)電機(jī)定子線棒擊穿引起接地短路是一種常見故障，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，本文以托口電廠2號(hào)發(fā)電機(jī)定子線棒故障更換為研究對(duì)象，詳細(xì)總結(jié)了如何不吊出轉(zhuǎn)子情況下更換定子線棒的處理過程及方法，希望能為類似機(jī)組的處理提供一些參考和借鑒。同時(shí)，為避免類似事故的發(fā)生，機(jī)組投產(chǎn)前或機(jī)組檢修過程中均應(yīng)加強(qiáng)對(duì)定子線棒周圍的檢查力度，以避免有異物遺留在定子線棒端部造成線棒損壞。