錦屏二級水電站2#、8#機組定子繞組耐壓放電問題原因分析與處理

孫 彬，邱小耕，李佳佳

(四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，四川成都 611130)

1 概述

錦屏二級水電站發電機定子繞組由單匝線棒組成，6支路并聯，“Y”形連接，主引出線從-Y軸方向引出。中性點引出線從第二象限引出，與+Y軸成50°角，中性點引出線分為2組中性點，一組為 U、V、W 相 的 1、2、3 支路，另一組為 U、V、W相的4、5、6支路，2組中性點引出線接在一起，并采用電力電纜引出至接地變壓器接地。線棒周邊絕緣厚度均勻、具有良好的電氣、機械性能、抗老化、耐潮濕性能并具有不燃或難燃特性。定子線棒對地絕緣的外側用半導體復合物進行防暈處理，定子線棒的端部絕緣采用防暈層與主絕緣一次成型結構。繞組端部接頭經銀銅焊接(采用中頻焊)、加工平整之后，套以玻璃纖維絕緣盒并填充樹脂化合物。不允許線棒之間用軟焊接頭。所有繞組的連接，包括極間連接線和引線銅排均采用銀銅焊，以確保其有足夠的機械強度和導電性能。

2 耐壓試驗放電問題

2．1 2#機組繞組耐壓試驗時發生放電現象

試驗前，先對整個定子繞組進行加熱去潮，并將繞組溫度降至常溫，在絕緣電阻試驗、吸收比、極化指數試驗合格后進行直流耐壓、直流泄漏、交流耐壓試驗。由于發電機線電壓UN=20kV，根據相關規范要求，直流耐壓標準值為3UN=60 kV，最終整體交流耐壓標準值為2UN+3=43(kV)。當2#機組直流耐壓升至58kV時，W相中性點引出線金屬支架與相中性點引出線端子絕緣板附近發生放電現象，最初判斷為局部毛刺放電，經過灰塵擦拭處理后進行三次升壓，仍在接近60kV時發生放電現象。為保證試驗順利進行，現場采取對放電區域進行除塵清掃和高分子絕緣板對地進行電氣隔離措施，再次進行直流耐壓后順利通過。此后進行的交流耐壓試驗同在中性點V、W相發生放電現象，采用高分子絕緣板對地隔離的同樣方法后交流耐壓試驗順利通過。

2．2 8#機組耐壓試驗時發生放電現象

8#機組在完成絕緣電阻、吸收比、極化指數后，并在完成直流耐壓試驗進行交流耐壓試驗時電壓升至38kV，匯流環與匯流環支撐架上部發生放電現象。對放電部位進行清掃后重新升壓至38kV仍然發生放電現象，隨后現場采取臨時拆除放電部位匯流環支撐架進行試驗，重新零起升壓至38kV，未再次發生放電現象，但電壓繼續升至41kV后在另外兩處匯流環支撐架上部發生放電現象，在采取相同方法、臨時對匯流環支撐架進行拆除、零起升壓至43kV后未發生放電現象。

3 故障原因分析

因為試驗過程中對2#機組、8#機組放電部位進行過清掃，甚至多次升壓，通過對2#、8#機組故障現場進行觀察、分析，排除了金屬或絕緣層表面毛刺、尖角等原因。因此，現場將原因鎖定在強電壓下沿面放電所引起的爬電現象，并通過觀察現場放電部位是否存在爬電路徑、爬電距離是否滿足規范要求以及相關爬電產生的環境因素和條件進行原因排查和分析。

(1)造成爬電的一般環境因素是由于絕緣部分附著污穢，使部分絕緣強度下降，在空氣潮濕環境下發生爬電。由于2#、8#機組均為安裝試驗階段，已對定子整體及繞組完成系統清掃工作，不存在大量污穢物，并且試驗前均進行了加熱去濕，因此以上兩例放電可以排除外界環境直接導致的爬電現象。

(2)由于定子繞組試驗前經過嚴格清掃，因此，發電站設備爬電距離按0級污穢等級計算為1．48cm/kV ×20kV(線電壓)=296(mm)。2#發電機中性點至導體至定子支撐(接地)中間存在的環氧板電氣隔離爬電距離應滿足該爬電距離要求。實際上，發電機中性點引出線是由四塊尺寸相同的環氧玻璃布板組合、拼接，與鋼支撐架共同支撐的中性點引出線、環氧玻璃布板間存在間隙，耐壓時由于絕緣板與空氣介質交界面上的電壓分布不均勻，從而使沿面閃絡電壓比空氣間隙的擊穿電壓低，易造成沿面放電。通過計算，其最短爬電距離為265-32-70+100=263(mm)，小于發電站0級污穢等級爬電距離296mm，無法滿足耐壓試驗爬電距離要求，最終引起爬電。

由于絕緣板是廠家整體到貨，無法滿足現場安裝要求，需對絕緣板進行現場切割、分解和二次加工，拼接處表面粗糙度相對較差，進而造成場強分布不均，絕緣板、中性點銅環引線外層絕緣形成放電通道。

正常發電機在發電態中性點不平衡電壓很低，中性點周圍按原有設計在發電態很難發生爬電現象，但現場線棒繞組安裝完成后，須經過60 kV直流耐壓試驗、43kV交流耐壓試驗檢驗繞組安裝是否存在缺陷，此試驗過程將無可避免地會產生放電現象。

(3)8#機組匯流環支撐存在多處放電，通過對支撐架放電部位進行觀察，發現同樣存在爬電路徑。但與2#機組不同的是，此次出現的爬電路徑與安裝有直接關系。分析得知:支架是由不銹鋼螺桿、環氧支撐塊組合而成，而廠家設計的不銹鋼外側是套有一根長度為1085mm的環氧玻璃布管，整個環氧塊(圖1)支撐高度為1101．1mm(一套匯流環支撐包含環氧支撐塊的數量為22塊)，個別環氧支撐塊之間將產生間隙。間隙產生的原因是由于匯流環焊接后需用云母帶涂刷EP139(絕緣樹脂)進行裹包，若安裝匯流環支撐架在焊接裹包區域，會導致匯流環相鄰環氧支撐塊存在間隙，相當于將長度為1085mm的環氧玻璃布管截短了一截。在施工中將長度為1085mm的環氧玻璃布管套至最底部時，會使最上層匯流環旁的不銹鋼螺桿裸露，而未得到環氧玻璃布管的電氣保護進行耐壓試驗時，匯流環表面絕緣材料將被電極化，進而導致沿面放電——爬電——裸露不銹鋼螺桿部位放電，其等效電路見圖2。

4 故障處理

4．1 2#機組發生故障的處理

根據相關發電廠檢修規程要求，小修更換部分繞組及大修前后需進行交直流耐壓及相關配套試驗，如按原設計要求試驗存在爬電問題，因此，發電機設備廠家主設計師經現場實際檢查后決定重新設計中性點引出線部位結構并予以更換，后續機組全部按新修改的圖紙安裝。具體處理措施為:取消原有中性點不銹鋼支撐架，改用高強度環氧支撐板，將環氧支撐板與引出線端子之間的理論爬電距離提高為418mm。支撐板底部用M20螺栓固定三角支架與機座裝配固定，絕緣層用16玻璃纖維繩預浸漬EP139(絕緣樹脂)，對引出線和支撐板進行綁扎固定，室溫固化24h以上;綁扎繩表面噴 GK128(環氧底漆)和DK222(聚亞安脂樹脂面漆)。這兩種漆均達到H級絕緣水平，耐熱溫度達180℃。

4．2 8#機組故障的處理

通過降低介質表面電阻和對地電容，將有效降低相同電壓等級下沿面放電的機會。而降低對地電容的發電機繞組固有特性非常困難。現場采取調整環氧支撐布管高度來提高體積電阻，同時對環氧支撐塊凹槽進行局部修整、補刷LL16(低阻防暈漆)，使匯流環焊接裹包部位與之更好地貼合，使絕緣支撐塊、匯流環絕緣層與空氣介質交界面上的電壓分布更加均勻，進而有效降低了匯流環和環氧支撐塊的介質表面電阻，確保了耐壓試驗順利通過。具體處理措施為:將爬電部位的環氧支撐板臨時拆除，調整裸露不銹鋼螺桿外層的環氧玻璃布管高度50～60mm，直至匯流環兩側環氧支撐塊間隙處不銹鋼螺桿已完全被環氧玻璃布管包裹、覆蓋。

5 結語

經過現場及時有效的處理，2#、8#繞組整體耐壓試驗順利完成，并對同類問題進行了相應的技術改進。通過對錦屏二級水電站2#、8#機組定子繞組耐壓放電問題進行分析后認為，在機組安裝中對以下環節應特別注意控制:(1)在水電站非標準件設計制造及安裝過程中，設備廠家在設計時容易忽視現場實際安裝、試驗要求，在中性點安裝試驗階段，對于電氣及爬電距離是否能夠滿足試驗要求要做充分考慮或提出相應措施;(2)現場實際安裝過程中，現場技術人員應仔細推敲設計意圖，避免一些不確定因素影響試驗結果;(3)監理或監造人員應及時對關鍵圖紙進行技術審核，提前采取相關措施，避免出現不必要的返工。