非同期并列對發電機絕緣造成的損壞及處理

亓玉福，王炳成

（泰安供電公司, 山東 泰安 271000）

引言

火力發電廠將發電機并入電網，一般都采用準同期法并列，按此法并列，必須滿足 4個條件：（1）待并發電機的電壓和電網電壓大小相等；（2）待并發電機的電壓和電網電壓相位相同；（3）待并發電機的頻率和電網頻率相等；（4）待并發電機的電壓和電網電壓相序相同。凡不符合準同期條件進行并列，即將帶勵磁的發電機并入電網，叫做非同期并列。非同期并列可能產生很大的沖擊電流，將會造成發電機及有關電氣設備嚴重損壞。因此，必須嚴防非同期并列。

1 因非同期并列而造成發電機事故

1.1 事故經過

2009年11月14日，山東某熱電廠按計劃啟動#3發電機（以下稱發電機），進行并網發電。發電機定速后，也就是發電機轉速達到3000r/min，發電機升壓過程中發現電壓不平衡。18時20分，工作人員檢查發現，發電機出線室內發電機側的電壓互感器 A相高壓保險熔斷，立即進行了更換。發電機升壓至額定電壓后檢查三相電壓平衡。這時，發電機的電壓和電網電壓大小相等、相序相同、頻率相等，只等發電機的電壓和電網電壓相位相同時就能并列。合上發電機同期開關，準備并列時，發現同期裝置的頻率表、電壓表均指示“＋”方向的最大值，當工作人員在控制盤后的端子排上用萬用表檢查缺陷時，意外造成發電機非同期合閘，變電站側發電機開關速斷保護動作跳閘，立即停運發電機。發電機參數為：型號QFW-15-2A；額定容量15000KW；額定電壓10.5kV；額定電流1031A。變電站側保護裝置顯示短路電流為 6000A，約為發電機額定電流的6倍。

1.2 事故分析

當變電站側發電機開關停電，做好安全措施后，立即對設備進行了全面檢查。打開發電機端蓋，發現定子繞組端部多根線棒位移達到10mm左右，固定綁扎繩多根斷裂。檢查發現發電機出線室內變電站側電壓互感器的 A、B相高壓保險熔斷。經分析認為：因為該保險熔斷，二次沒有電壓，同期裝置上只有發電機側的電壓，所以頻率、電壓等表指示出現異常現象。實際上工作人員曾經用萬用表測量出變電站側的二次電壓為9V，其實這是感應電壓，正常電壓應當是100V，實際上二次回路沒有電壓。在這里順便說明一下，同期控制盤上沒有指針式電壓表。讀取發電機和變電站兩側的電壓，需要在控制盤的顯示屏上調出數據讀取。由此，很容易判斷出是變電站側電壓互感器高壓保險熔斷。由于工作人員的疏忽，沒有檢查變電站側電壓互感器的高壓保險，而是誤認為二次回路有問題，因此，一味的檢查二次回路，檢查過程中意外在發電機的電壓和電網電壓相位不相同時并列，造成發電機非同期合閘。由于短路電流通過繞組，產生很大的電動力，使繞組發生變形。

2 發電機定子繞組絕緣損壞情況

當時對發電機測試絕緣電阻未發現異常。發電機故障后試驗：轉子繞組直流電阻、絕緣電阻；定子繞組直流電阻、絕緣電阻、直流耐壓及泄漏電流均合格。定子繞組絕緣試驗情況見表1、表2。

表1 定子繞組絕緣電阻及吸收比測量 （M?）

表2 定子繞組直流耐壓試驗及泄漏電流測量 （uA）

在進行定子繞組交流耐壓試驗時，A相15.75kV，10秒鐘擊穿，測試絕緣電阻為0M?；B相兩次電壓升到14.7kV時擊穿；C相加壓15.75kV，持續1min合格（無論檢查試驗、線棒擊穿部位查找、修后試驗都是加壓1min絕緣不擊穿為合格）。

從以上試驗情況看，非同期合閘只是對發電機繞組絕緣造成了損傷，并沒有使發電機繞組絕緣對地擊穿，而是在交流耐壓試驗的過程中，A相和B相繞組發生了絕緣擊穿。

交流耐壓試驗是發電機絕緣試驗項目之一，它的優點是試驗電壓和工作電壓的波形、頻率一致，作用于絕緣內部的電壓分布及擊穿性能比較等同于發電機的工作狀態。交流耐壓試驗對發電機主絕緣是比較可靠的檢查考驗方法。由于有上述優點，交流耐壓試驗在電機制造、安裝、檢修和運行以及預防性試驗中得到普遍的采用，成為必做項目。從該發電機的試驗情況來看，絕緣電阻、直流耐壓及泄漏電流都沒有發現定子繞組的絕緣缺陷，只有交流耐壓試驗發現了定子繞組的絕緣缺陷。因此，當遇到非同期并列等異常情況，不能判斷發電機能否運行時，必須對發電機進行交流耐壓試驗。

3 定子繞組絕緣擊穿部位的處理

3.1 定子繞組絕緣擊穿部位的查找

首先拆除定子端部繞組連接部位的絕緣，再用氣割割開定子端部繞組連接焊點，使上下層線棒分離。拆除全部槽楔及上層繞組綁扎繩。上層線棒共計42根，按順序編號。線棒進行交流耐壓試驗時，根據試驗變壓器的容量，將42根線棒分三部分進行試驗，加壓試驗的線棒用金屬絲連在一起，非加壓試驗的線棒短路接地，試驗電壓為23kV。在升壓過程中擊穿的線棒，仔細觀察放電情況及部位后，停止試驗，斷開試驗電源，對加壓的線棒放電，拆開已擊穿的線棒，做好記錄，并在線棒擊穿部位做上記號。然后繼續對其他沒有擊穿的線棒試驗，直到電壓升到23kV持續1min不擊穿為止，這一部分線棒試驗結束。用同樣的方法對其他線棒進行試驗。

下層線棒進行交流耐壓試驗時，先將上層線棒提出槽外，拆除絕緣墊條，然后對下層線棒進行交流耐壓試驗。此次交流耐壓試驗，上下層線棒各分三部分進行。全部線棒試驗查出5根絕緣擊穿。其中，下層16號13kV擊穿、下層37號21kV擊穿，下層23號加壓23kV不到1分鐘擊穿；上層17號、下層22號加不上電壓，這是上次整體檢查交流耐壓試驗時絕緣發生擊穿的緣故。線棒擊穿部位都發生在進入槽口3cm左右處。

值得注意的是，對于大型發電機等電容量較大試品的交流耐壓試驗，需要大容量的試驗設備及電源，現場難以做到，在此情況下，由于科學技術的發展和市場的需求，現在國內有不少生產串聯或并聯諧振交流耐壓試驗裝置的廠家，這給現場的交流耐壓試驗帶來很大方便。該發電機檢查試驗和修后試驗都是用的串聯諧振耐壓試驗裝置進行的。但是，串聯或并聯諧振耐壓試驗裝置不能用于查找絕緣缺陷的試驗，這是因為無論用串聯或并聯諧振耐壓試驗裝置進行試驗，當發電機絕緣擊穿時，諧振立即終止，高電壓消失。這樣，根本來不及觀察放電情況，也就不能確定放電的線棒及部位。因此，必須使用工頻試驗變壓器查找絕緣的放電部位。由于不是整體試驗，為了現場試驗方便，工頻試驗變壓器的容量可適當選的小些。

3.2 絕緣擊穿部位的狀態

發電機定子繞組絕緣在交流耐壓試驗過程中發生的擊穿和在運行狀態下發生的擊穿，在絕緣的損壞程度上有著很大的區別。前者是很輕微的，而后者是很嚴重的。這是因為，試驗變壓器的容量有限，擊穿電流通常在1安培以下，況且試驗設備有過電流保護裝置，通過擊穿部位的電流時間很短，因此，試驗狀態下的擊穿，絕緣損壞的程度是很輕微的。根據觀察，線棒絕緣損壞的痕跡只有綠豆粒大小，擊穿通道和針眼差不多。如果不對線棒進行交流耐壓試驗來確定絕緣擊穿的部位，即使將所有的線棒都提出來，用目測很難找出絕緣擊穿的部位和擊穿的根數。絕緣損壞程度輕微和嚴重，是從外觀狀態上講的，只要試驗時（不論交流耐壓試驗或者直流耐壓試驗）發生絕緣擊穿，不管絕緣損壞多么輕微，是決不允許發電機運行的。否則，發電機一旦投入運行，立即造成接地短路，從而引發相間短路。由于電網容量大，短路電流很大，短路電流產生的高溫，短時間內就能把擊穿部位的絕緣材料燒毀，同時也將金屬導體燒融化，在絕緣擊穿部位附近燒出一個很大的洞。

3.3 線棒擊穿部位的修復

線棒絕緣的修復是在現場進行的。對在交流耐壓試驗中擊穿的線棒，首先用鏨子將擊穿部位的絕緣材料剔除，絕緣材料的斷面與導體不能垂直，而是一個傾斜面，最好制成階梯狀，剔除絕緣材料的長度在15cm左右。導體上刷一層電機絕緣漆（浸漬漆），繞一層F級云母帶，再刷一層電機絕緣漆，如此反復進行。直到與附近的絕緣材料厚度一致為止，最后刷一層電機絕緣漆。用1000W的碘鎢燈烘烤約24小時，烘干后，用手持砂輪修復平整。然后做23kV交流耐壓試驗合格，線棒絕緣修復完成。

3.4 定子繞組修復步驟

（1）對在交流耐壓試驗中擊穿的5根線棒的絕緣進行修復，試驗合格。（2）對定子鐵心清理雜物、除塵，做下線準備。（3）下層繞組按編號復位，木楔固定，做 21kV交流耐壓試驗。

（4）下層繞組用直徑10mm的滌玻繩綁扎。

（5）上層繞組按編號復位，用 3240絕緣板槽楔固定。

（6）上下層繞組同時做20kV交流耐壓試驗。

（7）上下層繞組整體用直徑10mm的滌玻繩綁扎。

（8）端部繞組連接焊點，焊接要飽滿、無虛焊、漏焊。

（9）焊接結束，測量三相繞組直流電阻。

（10）兩端繞組連接部位主絕緣包扎恢復。

（11）烘干、浸漆（整個過程大約30小時，溫度100℃）。

做最后試驗，進行絕緣電阻、直流電組、直流耐壓、直流泄漏電流、交流耐壓試驗。所有試驗項目均合格后，并網發電。

4 防范措施

（1）遇到類似的情況需要檢查二次回路時，必須做好防止待并發電機開關誤合閘的安全措施。也就是斷開待并發電機開關的控制電源和合閘電源，以及斷開待并發電機同期開關。

（2）檢查設備異常要有先后，應先易后難，先檢查容易發生的缺陷，后檢查不易發生的缺陷；再考慮近期設備哪些部分檢修、改動過等。

（3）電壓互感器的高壓保險是最容易損壞的配件，發電機并列前應檢查發電機與待并系統電壓互感器的高壓保險是否完好，此次發電機事故就是發電機和待并系統電壓互感器的高壓保險都熔斷而引發的。

[1]GB 50150-2006,電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準[S].

[2]李建明, 朱康. 高壓電氣設備試驗方法[M]. 北京：中國電力出版社, 2001.