淺析安谷水電站2號發電機定子下層線棒耐壓試驗過程中放電的原因

劉 高, 徐 偉 剛, 侯 天 元

(1.中國水電建設集團圣達水電有限公司,四川 樂山 614013;2.重慶水利電力職業技術學院，重慶 永川 402160)

1 概 述

安谷水電站是大渡河干流梯級開發中的最后一級，壩址位于樂山市安谷河段的生姜坡，距上游沙灣水電站約35 km，下游距樂山市區約15 km，電站裝機容量為772 MW，裝設4臺單機容量為190 MW的軸流轉槳式水輪發電機組和1臺單機容量為12 MW的軸流轉槳式水輪發電機組。該電站1～4號機組發電機(190 MW)由東芝水電設備(杭州)有限公司供貨。筆者就安谷水電站2號發電機定子下層線棒耐壓試驗過程中發生放電的原因進行了簡要分析。

1.1 1～4號發電機定子參數

安谷水電站1～4號機組發電機的定子繞組采用雙層條式波繞組布置，4支路星型連接，線棒長2 500 mm，共612槽，68個磁極，定 子 內 徑 為13 220 mm，定子高度為2 880 mm，采用F級絕緣，發電機定子電壓為13.8 kV，定子額定電流為9 085 A。

定子線棒絕緣采用東芝特有的、先進的VPR(真空液壓多膠絕緣體系)制造，上、下層線棒為同一規格，具有互換性，上、下層線棒端部采用灌膠絕緣盒絕緣，斜段部分采用浸膠絕緣帶纏繞，最終通過矩形匯流排連接到引線出口和中性點出口，所有的連接部位采用銀銅焊接。

1.2 2號發電機定子下層線棒試驗過程

(1)下層線棒交流耐壓試驗前的準備。

2號發電機定子下層線棒完成下線工序后，將定子下層612槽的線棒分為4段分別進行交流耐壓試驗(試驗設備容量有限)，測試4段的絕緣電阻和吸收比符合《電氣設備交接試驗GB50150-2006》要求，試驗數據見表1。

(2)下層線棒交流耐壓試驗中出現的放電現象。

表1 下層線棒耐壓試驗前絕緣電阻表

在對第一段進行交流耐壓、試驗電壓升至10 kV時，發現端箍對定子拉緊螺桿有放電現象，經廠家建議采用絕緣隔板將螺桿與端箍隔開后再次升壓時仍有放電現象發生，試驗電壓升至27～30 kV時發現有1根線棒大R部位出現沿面放電，從定子線棒上端出槽口至大R外側某一點開始引發向外放電，隨著電壓的升高，出現爬電路徑延伸至線棒引線端頭(圖1)。

在對第二段下層線棒進行交流耐壓試驗時，放電現象與第一段類似，發現有2根線棒(第224、235槽線棒)大R部位出現沿面放電。在第三段下層線棒交流耐壓試驗中，放電現象與第一、二段類似，發現有4根線棒大R部位出現沿面放電。隨著試驗電壓的升高，端箍局部位置出現明顯的放電光，并出現持續性的往穿芯螺桿放電(圖2)。當電壓升至36.5 kV時，隨著放電火花的增加，試驗設備過流保護動作，試驗終止。

圖1 大R放電示意圖

圖2 端箍對穿芯螺桿放電示意圖

根據上述試驗情況，隨后對第二段線棒中放電的兩根線棒(224、235槽線棒)單獨進行了交流耐壓試驗。耐壓試驗前，對單根線棒進行了絕緣檢查，測試絕緣電阻合格，224槽線棒的吸收比為1.34，235槽線棒的吸收比為1.58，電壓升至26～27 kV時線棒開始放電，廠家認為這兩根線棒的高阻段絕緣有問題，需更換新線棒。

雖然找到了放電的初步原因，但是224、235槽線棒高阻段絕緣問題到底是什么原因造成的？2號發電機下層線棒中有多少根線棒高阻段存在絕緣問題？

2 2號發電機定子下層線棒放電原因分析

2.1 下線前對下層線棒進行抽檢的情況

施工單位根據《水輪發電機組安裝技術規范》GB/T8564-2003、《水電水利基本建設工程單元工程質量等級評定標準》DL/T5113.3-2012及廠家《定子安裝作業指導書》的要求對到貨的下層線棒按每箱5%的抽檢量(每箱88根，抽檢數量為5根)進行交流耐壓試驗。抽檢試驗中發現箱號為B-24#-10中的線棒號為20228的下層線棒試驗電壓升至30 kV(試 驗 電 壓 為 2.75Un+1 kV，即

40.45 kV)時線棒大R彎曲部位有明顯的放電現象。根據《水輪發電機組安裝技術規范》GB/T8564-2003、《定子安裝作業指導書》要求增加了抽檢比例(10%)，對同箱號的線棒又隨機抽出5根進行交流耐壓試驗，未發現放電現象，試驗電壓通過。但編號為20228的線棒因未能通過交流耐壓試驗，故未使用。

2.2 對上層線棒進行全檢交流耐壓試驗的情況

在發現下層線棒大R部位有放電現象后，經監理、廠家、業主商量后對上層線棒(共612根)進行了全檢交流耐壓試驗，發現有22根線棒大R彎曲部位對外放電。此次試驗證明了2號發電機部分線棒的確存在絕緣缺陷。

2.3 定子線棒返廠試驗

為了查找線棒絕緣缺陷的根本原因，將30根上層線棒返廠進行試驗，其中在廠內做過局放試驗的線棒12根，未做過局放試驗的線棒12根以及在現場交流耐壓中大R彎曲部位有明顯放電現象的線棒6根。對返廠的30根線棒進行了120 ℃×4 h干燥處理后做了介損試驗、起暈試驗、交流耐壓試驗、局放試驗、擊穿試驗等五項試驗，其全部合格，未發現異常。

2.4 定子線棒大R彎曲部位放電原因的可能性分析

安谷水電站2號發電機所有定子線棒發貨至工地前，均已進行過交流耐壓試驗，試驗電壓為：

2.75Un+6.5 kV，任何一根線棒均未發生端部爬電現象，因此而推測現場出現線棒大R彎曲部位對外放電的原因可能有：(1)線棒大R彎曲部位的高阻在交流耐壓試驗后至安裝下線過程中存在損傷；(2)線棒到達現場后表面污染；(3)現場環境因素的影響；(4)高阻部位異常。

但在現場檢查中發現線棒表面平整、無物理碰撞損傷的情況。通過擦拭高阻段(大R彎曲部分)，沒有改善爬電的情況；在不同時間的環境下重新進行耐壓試驗，爬電現象依舊，最大的可能是放電線棒的高阻異常。

2.5 高阻異常的可能性分析

放電線棒高阻帶會發生什么異常呢？廠家通過對定子線棒異常階段流轉程序工序進行分析，可以基本確定出現異常的階段，并通過該階段工序特征深入分析出發生問題的可能性階段。定子線棒流轉情況見圖3。

圖3 定子線棒流轉圖

通過對定子線棒流程進行分析得知：出現放電的原因可能是出廠前至發貨階段。該階段出現問題的可能性是：在定子線棒制作完成前、交流耐壓試驗結束后，為了保護線棒端部，需要對線棒端部涂刷紅瓷漆，在其涂刷過程中可能有異物混入，混入的異物可能是導電顆粒。

2.6 高阻存在異常的理論解釋

正常的定子線棒端部為阻容鏈模型，其端部表面的電阻隨電場的升高電阻隨次降低為理想的防暈結構(圖4)。若在高阻表面某一點有導電顆粒進入造成該點電阻為0，將嚴重改變端部的防暈結構(圖5)，使該點電位梯度變的很大，從而造成該點首先出現起暈，隨著電壓升高，由該點引發出現閃絡放電。

圖4 正常線棒的阻容鏈模型示意圖

圖5 混入導電顆粒線棒的阻容鏈模型示意圖

2.7 高阻異常是放電的根本原因分析

為了證明線棒高阻表面存在缺陷，我們將線棒表面的防暈層去除，采用半固化型高阻帶重新纏包，然后用熱風槍烘干高阻帶后再進行交流耐壓試驗，若無表面爬電現象，則表明出現定子線棒端部異常的原因為高阻表面異常。

廠家將有問題的線棒表面的防暈層去除，采用半固化型高阻帶重新纏包，然后用熱風槍烘干高阻帶后再進行交流耐壓試驗，未發現爬電現象。

為了進一步確定問題線棒是因端部涂刷紅瓷漆過程中混入導電顆粒，廠家對2號發電機定子線棒在刷紅瓷漆過程中的工作記錄進行了檢查，發現2號發電機定子上、下層的部分線棒在刷紅瓷漆的過程中周圍存在打磨線棒端頭的工作，最終確定為線棒端頭銅粉末混入了紅瓷漆中，進而引起高阻表面異常。

3 2號發電機定子下層線棒放電的預防措施

為了防止此類事件的發生，廠家和施工單位應注意以下幾點：(1)廠家應嚴格按照質量標準和工藝要求執行；(2)廠家在纏包云母帶、高阻帶及刷紅瓷漆等會影響絕緣的重要工序中，要防止導電異物的混入，加強對環境溫度的影響、產品質量等因素的控制；(3)出廠時嚴格進行出廠試驗、包裝及運輸；(4)施工單位在下線前嚴格按照規范和作業指導書的要求嚴格試驗；(5)施工單位在抽檢試驗中發現線棒有問題時，應查清線棒出現故障的真正原因，在未查明原因前不得下線；(6)下線過程中嚴格按作業指導書執行，做好環境影響、線棒損傷的預防措施。

4 結 語

雖然發生定子線棒放電的原因很多，但是我們只要在設計、制造、施工、試驗等方面嚴格按照

規程規范及工藝要求執行，就能杜絕類似事件的發生。