紫坪鋪電廠2號機組定子絕緣擊穿處理

唐 永 鋼， 尹 沖， 張 璇

(四川省紫坪鋪開發(fā)有限責(zé)任公司，四川 成都 610091)

0 引 言

紫坪鋪電廠2號機組在2005年12月安裝階段進(jìn)行定子交流耐壓時，A相146槽下層線棒槽口墊塊處發(fā)生絕緣擊穿，經(jīng)檢查原因為線棒制造缺陷所致。2006年1月，更換A相146槽下層線棒后交流耐壓試驗仍未通過，檢查發(fā)現(xiàn)定子B相187槽下層線棒上端部絕緣擊穿。鑒于出現(xiàn)兩次線棒擊穿現(xiàn)象，隨后對2號機組定子線棒進(jìn)行了全面修復(fù)，處理后定子交流耐壓試驗合格。紫坪鋪電廠2號機組于2006年2月投運至今，分別在2008年和2012年進(jìn)行了B修和A修作業(yè)，每次定子交流耐壓試驗合格。

1 定子繞組絕緣擊穿過程

2017年11月1日，紫坪鋪電廠2號機組進(jìn)行A修作業(yè)，依據(jù)DL/T596-1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》相關(guān)要求，進(jìn)行發(fā)電機修前預(yù)防性試驗，按照定子繞組絕緣電阻、定子繞組直流電阻、定子繞組泄漏電流和直流耐壓、定子繞組交流耐壓、定子繞組交流耐壓后絕緣電阻的試驗順序依次進(jìn)行，前三項試驗數(shù)據(jù)合格。進(jìn)行第四項定子繞組交流耐壓時，定子A相繞組加壓到19.8 kV時(試驗電壓應(yīng)為20.7 kV)，定子發(fā)出“啪、啪、啪”放電聲，交流耐壓試驗設(shè)備保護(hù)動作跳閘。切除試驗設(shè)備電源后，測量A相定子繞組絕緣電阻為0，判定A相線棒擊穿。

2 定子線棒絕緣擊穿后檢查及備件準(zhǔn)備情況

2017年11月2日，對2號機定子繞組B、C相進(jìn)行交流耐壓檢查，B、C相試驗電壓20.7 kV持續(xù)1 min通過，耐壓后絕緣電阻測量合格。試驗證明，B、C相繞組正常。

備品備件準(zhǔn)備：首先依據(jù)“水輪發(fā)電機設(shè)備說明書”列出定子線棒處理所需材料清單，隨后對現(xiàn)有材料備件進(jìn)行復(fù)核，并及時聯(lián)系生產(chǎn)廠家提供所缺材料。現(xiàn)場備用線棒數(shù)量共78根，依據(jù)DL/T596-1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》相關(guān)要求抽檢14根[1]，合格率100%。

3 查找故障點

2017年11月6日，通過“夜間加壓觀察法”查找定子線棒故障點。在發(fā)電機內(nèi)部均勻分布6人監(jiān)視加壓過程，A相繞組首次通電即出現(xiàn)放電聲，交流耐壓試驗設(shè)備保護(hù)動作跳閘，第二次通電檢查發(fā)現(xiàn)放電點位于定子208槽中部位置，但無法明確上層還是下層線棒擊穿。

2017年11月8日，拆除208槽線棒上下端部絕緣盒，將208槽線棒并頭塊固化的環(huán)氧膠清理干凈，使用乙炔焊對并頭塊加溫，使焊縫融化，拆除并頭塊。使用乙炔焊時用濕潤的石棉布包裹相鄰絕緣盒及線棒漏出鐵芯的部分，并不時加水冷卻，防止燒傷相鄰設(shè)備。拆除208槽槽楔、斜楔、波紋板等，拔出208槽上層線棒后，檢查發(fā)現(xiàn)208槽上層線棒中部有明顯放電痕跡、表面絕緣層有損傷現(xiàn)象(圖1)。為檢查A相其余線棒有無故障，拔出208槽上層線棒后，對A相剩余線棒進(jìn)行第三次交流耐壓試驗，試驗電壓20.7 kV持續(xù)1 min通過，由此判定此次定子繞組絕緣擊穿故障點為208槽上層線棒。

4 定子線棒絕緣擊穿原因

圖1 208槽上層線棒絕緣層損傷點

造成發(fā)電機定子線棒絕緣擊穿的原因很多。

4.1 材料及制造方面

(1)國內(nèi)外大型發(fā)電機主絕緣材料承受電壓的基礎(chǔ)材料普遍使用粉云母紙，補強材料為玻璃布或滌綸纖維氈，粘合劑為環(huán)氧樹脂劑體系，耐熱等級為F級。分析比較國內(nèi)外云母帶的組分、主絕緣固化后的性能、絕緣結(jié)構(gòu)的介質(zhì)損耗、擊穿場強以及電老化壽命可知：國內(nèi)絕緣體系存在云母含量不高、絕緣結(jié)構(gòu)的耐電熱老化壽命不長等問題。

(2)由于制造工藝原因，定子繞組某些局部部位可能存在絕緣薄弱、不緊固或絕緣層間存在氣隙，發(fā)電機在運行過程中如果氣隙間電壓達(dá)到間隙的擊穿電壓，便會發(fā)生故障放電，而且隨著發(fā)電機運行時間的增長，絕緣層在熱、電、機械及環(huán)境等各種應(yīng)力的影響下，會進(jìn)一步劣化，最終導(dǎo)致絕緣層開裂、剝落、槽楔松動，以及半導(dǎo)體墊條涂層功能喪失。

4.2 安裝方面

在線棒安裝過程中，打槽楔操作不當(dāng)可能損壞線棒絕緣層。另外，在裝壓定子鐵芯過程中，如果硅鋼片疊片不整齊，或者定子鐵芯通風(fēng)槽鋼及端部壓指壓裝固定不良，都會造成發(fā)電機運行時發(fā)生振動，磨損絕緣最終導(dǎo)致線圈和主絕緣被擊穿。4.3 檢修維護(hù)方面定子繞組在機組檢修時，由于起吊、搬運和施工作業(yè)中受碰撞、刮擦，會使定子繞組發(fā)生局部或絕緣表面受傷，雖然在進(jìn)行絕緣試驗時合格，但問題卻潛伏其中。

4.4 運行環(huán)境方面

(1)碳刷粉塵、制動風(fēng)閘粉末與軸承油槽油霧混合物吸入到發(fā)電機內(nèi)并附著在定子、轉(zhuǎn)子表面；其一，影響定子散熱，加速定子絕緣材料老化；其二，在定子線棒絕緣漆表面吸附的碳刷金屬粉塵與油霧形成了一種半導(dǎo)體的薄膜，這層薄膜和導(dǎo)線之間夾著絕緣，就像許多電容器并聯(lián)，在電壓的作用下，線棒端部形成電容電流回路，電容電流沿著絕緣表面由金屬粉塵等組成的導(dǎo)電路徑流向鐵芯，易使運行中處于高電位的線棒槽口部位的半導(dǎo)體材料受熱老化。

(2)機組頻繁開機并網(wǎng)或受到電網(wǎng)系統(tǒng)沖擊時，沖擊電流產(chǎn)生的大電動力將造成線棒在槽內(nèi)振動，磨損線棒防暈層、主絕緣，導(dǎo)致定子線棒起暈。電暈產(chǎn)生熱效應(yīng)、臭氧，加劇損壞主絕緣中的有機物，逐漸發(fā)展就會使線棒絕緣損壞、擊穿。

(3)機組振動過大，線棒與綁繩及間隔墊塊之間出現(xiàn)摩擦，防暈半導(dǎo)體層破壞發(fā)生電暈腐蝕，從而造成槽部和端部線圈主絕緣擊穿。特別是，2008年5月12日，距紫坪鋪電廠以西約17公里的汶川縣映秀鎮(zhèn)發(fā)生了里氏8.0級大地震，震中烈度達(dá)11度，強烈的振動對機組絕緣可能造成一定隱患。2017年，紫坪鋪電廠已完成4臺機組的配重工作，現(xiàn)機組振動情況已得到很大改善，運行狀況良好。

(4)空冷式發(fā)電機，由于冷卻器的水溫要低于發(fā)電機內(nèi)部溫度，若發(fā)電機內(nèi)有較大的濕度時，機內(nèi)結(jié)露現(xiàn)象就容易出現(xiàn)。雖然機組運行過程中結(jié)露現(xiàn)象不易發(fā)生，但如果出現(xiàn)機組停機時間過長時，就會由于結(jié)露導(dǎo)致發(fā)電機受潮，使發(fā)電機的絕緣性能降低。根據(jù)《立式水輪發(fā)電機使用維護(hù)說明書》有關(guān)要求，當(dāng)發(fā)電機長期停機時，必須采用一定的方法維持發(fā)電機內(nèi)部溫度不低于10℃。

根據(jù)線棒損傷現(xiàn)象和處理情況初步分析，外加本臺機組在投產(chǎn)初期安裝過程中做定子線棒整體耐壓試驗時就出現(xiàn)過線棒擊穿的情況。故此次定子線棒絕緣擊穿的原因為：208槽上層線棒在安裝過程中受安裝工藝及機械外力的作用，線棒絕緣層受到部分損壞，造成該區(qū)域絕緣降低；且該機組于2006年投運至今已十余年，運行過程中受機組振動、發(fā)熱老化、“5·12”汶川大地震等多重因素的影響，加劇了線棒絕緣老化、絕緣降低的速度；在額定電壓13.8 kV時能正常運行，隱患不易暴露，當(dāng)試驗電壓至19.8 kV時導(dǎo)致了該根定子線棒絕緣擊穿事件的發(fā)生。

5 定子線棒處理工藝流程

5.1 定子208槽線棒嵌入、并頭塊焊接及絕緣盒安裝

(1)對208槽上下部并頭塊進(jìn)行加熱矯形，矯形完后用砂紙對并頭塊進(jìn)行打磨除去表面的氧化層。

(2)打磨之前對該處及周圍區(qū)域做好防護(hù)，防止異物殘留在定子內(nèi)。

(3)安裝208槽底及兩側(cè)環(huán)氧玻璃布板。

(4)將試驗合格的上層線棒嵌入槽內(nèi)，調(diào)整好線棒上下距離，位置調(diào)整好后，現(xiàn)場自制木楔，將線棒撐起防止線棒向下位移。

(5)在線棒和并頭塊間放兩層銀焊片，用大力鉗將并頭塊和線棒夾緊，用兩把火焰槍對并頭塊進(jìn)行加熱焊接，對局部未焊到的區(qū)域用銀焊條進(jìn)行補焊，做到接觸邊飽滿，焊接前做好相鄰設(shè)備的防護(hù)工作。

(6)綁扎線棒間隔塊，安裝槽楔波紋板、打緊槽楔。打槽楔時，應(yīng)注意通風(fēng)溝的方向；槽楔下墊條伸出槽口的長度不得超越槽楔，尤其不允許與線棒高電阻半導(dǎo)體漆相碰；槽楔上通風(fēng)溝與鐵芯通風(fēng)溝的中心對齊，偏差不得大于3 mm；所有槽楔伸出鐵芯槽口長度應(yīng)符合設(shè)計要求，相互高差不大于5 mm；槽楔表面不得高出鐵芯內(nèi)圓表面。

(7)定子槽楔打完后，應(yīng)按照定子裝配要求，利用?2玻璃絲繩，對下端部槽楔進(jìn)行綁扎，綁扎后在?2玻璃絲繩表面涂刷792室溫固化膠。槽楔打完后徹底清掃檢查。

(8)絕緣盒安裝：用絕緣盒灌注膠J0978(A、B組份100:12攪拌均勻，重量比)與云母粉混合在一起現(xiàn)場配制的絕緣膩子，絕緣膩子剛好不流動為宜。使用封堵泥將上部絕緣盒封堵，下部絕緣盒使用支撐調(diào)整合適高度。灌注膠注入前使用塑料布、破布等對線棒端部及下機架機坑地面進(jìn)行防護(hù)，避免灌注膠滴落。待灌注膠固化后，拆除所有支撐及防護(hù)。注灌注膠時需及時清理流出的膠，避免多余的膠流入低阻段。進(jìn)行絕緣盒澆灌時，應(yīng)一次性灌滿。

5.2 預(yù)防性試驗

待絕緣膩子凝固干燥后，對2號機組A相進(jìn)行交流耐壓試驗，試驗電壓20.7 kV持續(xù)1 min通過，耐壓后絕緣電阻、吸收比及極化指數(shù)測量合格。

6 結(jié) 語

發(fā)電機定子繞組是發(fā)電機的核心部件，一旦發(fā)生絕緣擊穿故障，因定子繞組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝繁鎖，現(xiàn)場施工條件限制多，恢復(fù)難度極大。此次紫坪鋪電廠2號機組檢修過程中定子絕緣擊穿事件，通過故障點查找、更換線棒后，消除了設(shè)備嚴(yán)重缺陷，對水輪發(fā)電機的絕緣故障處理積累了實踐經(jīng)驗；同時，又對我們在今后的工作中提出了更高要求，在進(jìn)行設(shè)備安裝、維護(hù)、驗收時，需嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備技術(shù)資料進(jìn)行操作，加強質(zhì)量控制，提高設(shè)備可靠性，確保機組連續(xù)安全可靠運行。