立軸半傘式發(fā)電機(jī)定子接地故障分析和解決方案的討論

楊慶長

摘 要 針對某公司#3發(fā)電機(jī)定子在C修前的熱態(tài)直流耐壓試驗中，發(fā)生C相繞組對地絕緣擊穿故障，提出查找故障點的方法和解決方案，以期對同類水輪發(fā)電機(jī)組的故障檢修有所幫助。

關(guān)鍵詞 發(fā)電機(jī)；定子；接地；故障查找；原因分析；解決方案；討論

中圖分類號 TM7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）11-0075-03

The discussion of the ground fault analysis and solution of the vertical shaft

semi-umbrella generator

Yang Qingchang

China electric power development co.，LTD.，fujian nanping 353000

Abstract：In view of a company # 3 generator stator in C before hot dc withstand voltage test， C phase windings of insulation breakdown failure， find fault point method and solution is put forward， in order to help troubleshooting of similar hydroelectric generating set.

Keywords：generator stator；ground；fault finding；cause analysis；solution；discussion

某公司安裝有4臺水力發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量75MW，總裝機(jī)容量為300MW，設(shè)計多年平均發(fā)電量為9.6億千瓦時。機(jī)組型號為SF75-80/13000，發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)形式為立軸半傘式三相同步發(fā)電機(jī)，具有靜態(tài)可控硅勵磁系統(tǒng)和全封閉雙路徑向內(nèi)循環(huán)空氣冷卻系統(tǒng)。其額定電壓為13.8kV，額定電流為3692A。定子繞組為Y形接線，中性點經(jīng)消弧線圈接地運行，定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組均采用“B”級絕緣。四臺機(jī)組分別于1987年、1988年、1989年、1990年相繼投產(chǎn)和并網(wǎng)發(fā)電。

發(fā)電機(jī)因當(dāng)時的材料品質(zhì)、制造質(zhì)量、安裝工藝限制，自2000年起，4臺發(fā)電機(jī)定子在運行中多次發(fā)生接地故障和鐵芯松動、過熱，定子線棒整體下沉、端部松動、磨損露銅等缺陷。

#1發(fā)電機(jī)定子已于2014年完成改造，#2發(fā)電機(jī)定子已于2016年實施改造。包括更換定子機(jī)座（包括基礎(chǔ)板及螺栓）、鐵芯、定子線圈、定子通風(fēng)槽片、定子齒壓板、拉緊螺桿、端箍裝配、絕緣盒、槽楔、彈性波紋板、槽內(nèi)墊條、銅環(huán)裝配、定子鴿尾筋、主引出線及中性點引出線裝配等，定子絕緣等級由B級升至F級。改造后消除了長期困擾的機(jī)組鐵心松動、過熱缺陷，保證發(fā)電機(jī)安全高效運行，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

其他機(jī)組的定子目前尚未進(jìn)行改造。

3發(fā)電機(jī)定子于2016年8月23日4：00左右的C修前的直流耐壓熱態(tài)試驗中，A、B相施加2Un耐壓正常，而C相施加11 000V（0.797Un）時發(fā)生對地絕緣擊穿的接地故障。

本文對發(fā)電機(jī)定子接地故障的原因進(jìn)行淺析，并提出簡單有效的解決方案，期望對同類機(jī)組的故障搶修工作能起一定的指導(dǎo)作用。

1 查找接地故障點

故障發(fā)生的單位已有多次簡單而快捷的定子繞組接地故障點查找的成功案例。成功的方法為對發(fā)電機(jī)定子槽號進(jìn)行標(biāo)注，可每隔10槽標(biāo)注一次；列出故障相的定子繞組的線棒連接表；采用直流焊機(jī)對某一故障相通流200A左右，在該故障相的引出線處測量對地電壓值，根據(jù)測量值初步判斷該相故障點的位置。繼續(xù)通流，在該位置附近的同一故障相繞組的上端部分別采用鉆頭在并頭套的絕緣盒上鉆孔，深度以露出并頭套可以測量對地電壓為準(zhǔn)，分別測量對地電位，對地電位為“零電位”的地方即為接地故障點。采用同樣的方法，便可再找出該故障相的其他接地點（若有的話）。

對其他故障相的接地點查找，也采用同樣的方法。一般運行中發(fā)電機(jī)定子接地故障，均是一個接地點，但也不排除多個接地點的可能性。

水輪發(fā)電機(jī)定子繞組一般是每槽安裝兩根線棒，線棒接地故障有可能發(fā)生在上層線棒，也有可能發(fā)生在下層線棒。上層線棒接地后，只需更換故障的一根線棒（單根線棒接地時）或多根線棒（有多根線棒接地時），更換較簡單，工作量相對較小；而若是下層線棒接地，則每更換一根故障的下層線棒，往往需要拆卸14～16根上層線棒，工作量相當(dāng)大，且拆卸過程中往往將再損壞上層線棒，所以現(xiàn)場處理時需要配備有足夠的線棒備品。一般搶修情況下，不建議拆卸下層故障線棒，對故障下層線棒不進(jìn)行處理，而采取將故障線棒短接隔離的辦法，將故障點隔離開，機(jī)組暫先投運，之后再利用檢修機(jī)會進(jìn)行更換下層線棒的工作。因水輪發(fā)電機(jī)組的定子繞組的線棒數(shù)較多，短接1～2根線棒，對發(fā)電機(jī)定子有一定的影響，但影響不大，發(fā)電機(jī)可正常運行。這樣，既可避免機(jī)組因搶修時間長造成“非停”受電網(wǎng)考核，又可讓機(jī)組正常運行至計劃檢修的時間再檢修，避免受調(diào)度部門考核。

以本次#3發(fā)電機(jī)定子接地故障處理為例，說明具體的查找方法。為方便查找#3發(fā)電機(jī)定子接地故障點和處理故障，決定吊開#3機(jī)上機(jī)架。

1）查閱圖紙，列出#3發(fā)電機(jī)C相定子繞組的線棒連接表。2）進(jìn)行#3發(fā)電機(jī)定子槽號的標(biāo)記工作。3）利用直流焊機(jī)通流（通流200A左右）法查找C相接地故障點。在故障C相的中性點C上、C下通入約200A直流電流，在C上、C下、C相出口處分別測量對地電壓值。

測量結(jié)果如下：

C上/E：-0.1558V；C下/E：+6.08V；C/E：+2.48V

判斷接地點位于C上與C之間的支路上。在C上與C之間的支路上采用鉆頭在并頭套的絕緣盒上鉆孔，深度以露出并頭套可以測量對地電壓為準(zhǔn)。

故障相C相繞組線棒的連接為：463上—379下—378上—386下—392上—400下—414下—428下—420下—406下—392下—378下……

測量對地電壓結(jié)果如下：

463上/E：0.362V；379下/E ：0.125V；378上/E：0.039V；386下/E ：0V；392上/E：0V；400下/E ：-0.029V；414下/E：-0.072V；428下/E ：-0.1V；

420下/E：-0.19V；406下/E ：-0.232V；392下/E：-0.27V；378下/E：-0.307V；

判斷接地點在386下—392上線棒上。1）經(jīng)熔開#386下層線棒與#392上層線棒所在的上端部并頭套，分別測量#386下層線棒對地絕緣和測量#392上層線棒對地絕緣，確認(rèn)接地點在#392上層線棒側(cè)，再熔開#392上層線棒與#400下層線棒所在的下端部并頭套，測量絕緣后，判定接地點位于#392上層線棒上。2）拔出#392上層線棒后，發(fā)現(xiàn)該線棒靠端部槽口處的表面絕緣層已磨損，并已露銅，詳見圖2、圖3。

2 原因分析

#392上層線棒的槽口墊塊松動，運行中受電動力作用，松動的槽口墊塊磨損#392上層線棒，日積月累，將#392上層線棒的表面絕緣層磨損并露銅；機(jī)組風(fēng)閘因密封問題，運行中會產(chǎn)生油霧，#3機(jī)風(fēng)閘產(chǎn)生的油霧會更嚴(yán)重些，油霧會粘附在線棒端部表面上。

在本次C修前時，定子C相繞組僅承受正常的交流電壓，對地絕緣未擊穿，所以故障未出現(xiàn)。而在C修前的熱態(tài)直流耐壓試驗中，A、B相施加2Un正常通過耐壓，而C相施加11 000V直流電壓時發(fā)生對地絕緣擊穿的接地故障；因直流耐壓試驗主要考驗繞組的端部絕緣，A、B相絕緣良好，所以2Un直流耐壓順利通過；而C相絕緣存在薄弱點，所以在施加11 000V直流電壓時發(fā)生對地絕緣擊穿的接地故障。

3 解決方案

因#3發(fā)電機(jī)定子接地故障點在#392上層線棒上，無需吊開#3發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，只需拆除故障線棒正對的一只磁極后，再拆除故障線棒，更換為新線棒后，恢復(fù)磁極連接，進(jìn)行相關(guān)試驗正常后，#3發(fā)電機(jī)便可并網(wǎng)發(fā)電，處理相對簡單。

解決方案有以下幾方面。1）#3發(fā)電機(jī)上機(jī)架吊離。2）將故障線棒正對的磁極拔出。3）拔故障線棒。4）備品線棒烘干及烘干后的相關(guān)試驗。5）嵌入新線棒，并打緊槽楔。6）新嵌入的線棒進(jìn)行絕緣電阻、交流耐壓試驗。7）恢復(fù)并頭套，并灌錫。8）恢復(fù)絕緣盒，并灌環(huán)氧填充物，同時對故障點查找時鉆出的孔洞用環(huán)氧填充物進(jìn)行封閉。9）對機(jī)組所有槽口墊塊進(jìn)行檢查，對松動部位進(jìn)行重新固定并刷膠。10）拔出磁極的復(fù)位。11）#3發(fā)電機(jī)定子電氣絕緣電阻、直流耐壓和泄漏電流、交流耐壓等試驗。12）測量轉(zhuǎn)子的絕緣電阻、交流阻抗，并做交流耐壓試驗。13）試驗正常后，回吊#3機(jī)上機(jī)架。14）機(jī)組零起升壓試驗檢查，測量機(jī)組出口空載電壓。15）并網(wǎng)帶負(fù)荷檢查機(jī)組溫升、電壓、電流情況。

4 關(guān)鍵點和處理要求

1）備品線棒烘干。烘干溫度控制在100℃（線棒為B級絕緣），烘干時間為10h。

2）備品線棒烘干后進(jìn)行相關(guān)試驗。

3）為方便拆除和更換故障線棒，需拆除正對該故障線棒的一只轉(zhuǎn)子磁極。拆除磁極，需按以下方法進(jìn)行：（1）做好記號。在鄰近故障線棒處的一只磁極上用記號筆做上記號，左、中、右各取一個基準(zhǔn)點進(jìn)行測量，做好明顯的標(biāo)記，并記錄所測數(shù)據(jù)，同時測量磁極的安裝高度，以磁軛壓板為基準(zhǔn)點，做記號并記錄數(shù)據(jù)。剝?nèi)ゴ艠O間連接線表面的絕緣，并拆除固定于磁軛上的螺栓止動墊片等，拆除阻尼繞組的連接片，使磁極處于獨立。用千斤頂支撐住已做好防護(hù)措施的磁極。（2）拔磁極鍵。用角向磨光機(jī)去除磁極鍵固定焊疤，做好防護(hù)措施，防止碎渣飛濺到鐵心和線圈處，影響機(jī)組運行。用鋼極吊鉤抓住上端磁極鍵，用橋機(jī)與吊鉤向上拔出磁極鍵。（3）用巨力尼龍吊繩套住磁極，將磁極從磁軛中拔起，當(dāng)磁極露出磁軛20cm～30cm時，把吊繩相對磁極綁牢，以防在起吊過程中磁極翻倒、脫落，拔出時應(yīng)注意保存磁極與磁軛間的彈簧。

4）拆除故障線棒。（1）不能使用敲打的方法拆卸上層線棒，防止因粘連拉傷下層線棒的絕緣，可采用千斤頂頂住鐵心外圓緩慢頂出或采用在橋機(jī)上掛手拉葫蘆手控操作。細(xì)心清理槽內(nèi)碎渣，不得損傷鐵心和下層線棒絕緣，層間絕緣如有損壞需更新下層線棒。（2）擊穿線棒所在#392槽的鐵心可能由于過熱而受損，須認(rèn)真檢查，如有受損，需用砂紙或銼刀將創(chuàng)面打磨，清理光滑，用吸鐵石吸除殘渣，用酒精或丙銅擦洗干凈，然后再涂環(huán)氧灰漆。

5）按工藝要求進(jìn)行更換新線棒工作。

6）新嵌入的線棒打好槽楔后，進(jìn)行絕緣電阻、交流耐壓試驗。在相鄰線棒端部用足夠數(shù)量的薄環(huán)氧板隔開，該下線后的單根線棒在槽楔中對機(jī)殼加壓，此時不參與試驗的繞組、測溫元件及鐵芯等均應(yīng)與機(jī)殼可靠接地，被試線棒端部應(yīng)用丙酮清洗并與鄰近線棒之間以絕緣材料隔離后，方可進(jìn)行。

7）端部連接。（1）修正線棒的上、下引出頭，使對接的引出頭對齊對準(zhǔn)。按正常狀態(tài)恢復(fù)連接，采用普通并頭套焊錫連接。連接后，需檢查端頭的焊接質(zhì)量，100A大電流直阻測量小于5μΩ。（2）清理接頭，焊接表面焊錫應(yīng)平整光滑、無毛刺。

8）對接地故障排查時在絕緣盒上鉆出的孔進(jìn)行環(huán)氧填充物封閉，以防止發(fā)電機(jī)運行中定子絕緣性能下降。

9）整體試驗。（1）進(jìn)行定子絕緣電阻、直流耐壓和泄漏電流、交流耐壓各試驗。本次故障線棒為#392槽上層線棒，是C相繞組，#392槽下層線棒也是C相繞組。按規(guī)程規(guī)定，局部更換繞組后，三相直流耐壓均需按2.5Un進(jìn)行，考慮到本次是C修，C相按2.5Un進(jìn)行直流耐壓試驗 ，而A、B相按2.0Un進(jìn)行直流耐壓試驗；交流耐壓試驗：C相按規(guī)程規(guī)定進(jìn)行1.5Un交流耐壓試驗，A、B相按1.3Un進(jìn)行交流耐壓試驗。（2）轉(zhuǎn)子磁極整體耐壓試驗：絕緣電阻，直流電阻，交流阻抗及交流耐壓試驗（耐5Un一分鐘）。

5 結(jié)論

本次#3發(fā)電機(jī)定子故障處理后，雖投運正常，但僅是針對發(fā)電機(jī)定子存在的缺陷所能進(jìn)行的簡單處理，無法徹底解決#3發(fā)電機(jī)定子的絕緣問題。

為徹底解決#3發(fā)電機(jī)的事故隱患，已申報#3發(fā)電機(jī)定子改造技改項目，分為2017年、2018年實施。