抽水蓄能電廠發電電動機定子典型故障分析

何忠華，周 勇，李 博，楊 溢，龐希斌

（國網新源湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南 長沙410213）

1 引言

抽水蓄能機組與常規水電機組相比較，最主要的特點就是：大容量、高轉速、頻繁起停、正反轉、啟?？欤\行工況復雜，機組不僅要承受高轉速下的高負荷，而且要承受在起停、正反轉過程中的交變負荷，工況轉換中的沖擊負荷，因此對設計、制造、安裝、運維的要求都非常高。

2 典型缺陷分析

2.1 定子鐵心穿心螺桿缺陷

2.1.1 缺陷描述

A抽水蓄能電廠4號機組定子穿心螺桿接地導致鐵心燒損。

2.1.2 原因分析

穿心螺桿絕緣結構不合理。定子穿心螺桿未涂刷絕緣漆，穿心螺桿與絕緣套管配合不當，風洞內存在的粉塵、油霧附著于定子鐵心穿心螺桿及絕緣套管上，致部分鐵心穿心螺桿絕緣值降低。

定子疊片涂刷絕緣漆膜厚度不夠，小于設計的8～15 μm厚度，并且漆膜厚度不均勻，降低了定子疊片的絕緣強度，運行過程中定子疊片出現局部放電現象。

2.2 定子繞組松脫隱患

2.2.1 缺陷描述

B抽水蓄能電廠2號機定檢時發現定子繞組（下端部底層繞組）與端箍聯接綁線結合處存在縫隙、松脫的現象，繞組在運行中出現自由振動。經統計和比對，缺陷主要集中于底層線棒下端箍，即與定子鐵心下齒壓板距離最遠的一道綁線處，且發現有附著物的綁線部位通常也存在縫隙，全面清除其表面附著物后部分線棒與綁線接合處可以用0.02 mm塞尺局部塞入，最嚴重部位是2號機組第169槽線棒下端箍部位的綁線已經完全松開，其中部填充環氧絳綸已開始磨損線棒主絕緣，這說明機組在正常運行過程綁線與線棒出現了磨損，填充環氧滌綸與綁線失去粘合并出現了自由振動。

2.2.2 原因分析

端箍和線棒、支架聯接結構設計不牢靠：B抽水蓄能電廠發電電動機定子線棒端箍自身在安裝時分4瓣現場組合焊接而成，其外側由均勻分布的16塊環氧支撐塊固定、內側靠十字交叉綁扎環氧玻璃絲帶固化收縮與線棒聯成整體。從現場鋸開已出現松動綁線的檢查與分析，安裝時雖然在端箍與線棒間用環氧滌綸進行了填充，但其僅能作填充而不能將線棒與端箍很好地聯成整體以減少相對振動與位移。

線棒綁線工藝不合理：①玻璃絲存在未浸透可能，浸泡的時間越短，未浸透可能性越大；②綁扎手工拉緊時玻璃絲帶易流膠，散股玻璃絲帶綁扎緊度難以控制、綁扎力度也十分有限。

線棒端部固有頻率測試及調整工作考慮不周：根據現場試驗，按原廠家工藝綁扎的線棒其端部固有頻率有近60%～70%落在95～115 Hz共振區內，離散性也很大，這說明機組在正常運行時大部分線棒在共振區內運行，再加上線棒與端箍設計結構不合理、整體性較差，進一步加劇了線棒與端箍間相對位移及磨損。

2.3 定子繞組電腐蝕現象

2.3.1 缺陷描述

C抽水蓄能電廠定子繞組出現電腐蝕現象，電腐蝕的產生是局部放電達到一定程度的結果。通常發生部位在發電機定子線棒槽口、定子鐵心通風溝邊緣及定子線棒與槽壁間隙處。電腐蝕的進一步發展，可使絕緣破壞線棒擊穿。

2.3.2 原因分析

安裝工藝問題，現場安裝人員對定子線棒下線前的注膠量不一致；設計問題，線棒之間的半導體墊條表面應刷半導體漆來降低電暈的產生，避免造成定子槽內電腐蝕現象。

定子線棒出槽口側正處于線棒高低阻絕緣交接部位，發電機內部由于油污較多，從而造成線棒受油污長期浸泡，使得線棒出槽口處表面絕緣漆溶解脫落后又進一步損傷到了防暈層，而線棒出槽口處部位電場相對比較集中，從而產生了電暈，造成出槽口電腐蝕。

2.4 定子繞組相間短路

2.4.1 缺陷描述

D抽水蓄能電廠4號機組發生定子短路故障。

本次故障首先發生了單相接地，其后，在極短的時間內擴展為二相、三相短路。

2.4.2 原因分析

發電機中性點采用接地變加接地電阻方式，單相接地電流較大，超過了GB/T 14285-2006中表1，“關于定子繞組單相接地故障電流允許值1～2 A”的要求，是故障擴大的原因之一。

因電流密度和熱負荷設計值較大，為解決溫升問題，福伊特公司在D抽水蓄能電廠發電機線棒端部絕緣處理方式設計上采取了使用開放式絕緣盒。該方式抵抗因運行環境（如水、油污、粉塵、導電物質等）不良而引發短路故障的能力較差，是導致D抽水蓄能電廠“9.22”發電機故障擴大的原因。

3 對策建議

3.1 定子鐵心穿心螺桿缺陷

3.1.1 規劃設計

建議定子鐵心穿心螺桿設計宜采用全絕緣結構。

定子鐵心齒壓指應采用非磁性材料。

建議設計單位將發電（電動）機定子穿心螺桿全絕緣設計列入到發電（電動）機通用設計中。

3.1.2 制造安裝

設備制造廠應采用與穿心螺桿相配套的絕緣套管，若采用分段絕緣結構，安裝單位在現場施工時應采取可靠措施防止雜物進入穿心螺栓和鐵心間造成穿心螺桿絕緣下降。

定子鐵心疊片現場進行分段壓緊和整體壓緊時建設單位應嚴格按照《GB/T 8564-2003水輪發電機組安裝技術規范》中9.3.7定子鐵心疊片相關要求、9.3.8定子鐵心壓緊的相關要求和9.3.10定子鐵心組裝后的相關要求規定進行，其鐵心圓度，疊片預緊高度、次數，穿心螺桿壓緊力，鐵心試驗前、后穿心螺桿對地絕緣，上、下齒壓板安裝應嚴格按此規定進行。

3.1.3 運維管理

建議定子鐵心采用穿心螺桿的機組，應定期測量定子鐵心螺桿與鐵心間的絕緣，發現不符合規范要求值時應及時處理。

建議定期檢查定子鐵心螺桿壓緊力，發現鐵心螺桿壓緊力不符合出廠設計值時應及時處理。

建議定子鐵心采用分段絕緣套管結構的電站，將發電機定子鐵心穿心螺桿改造列入技改項目中。合理安排檢修時間，與設計和建設單位協作將分段絕緣改造為全絕緣結構。

3.2 定子繞組松脫隱患

3.2.1 規劃設計

定子線棒上、下端部均應設置支撐環，其材質為非磁性材料，用于連接和固定線棒上、下端部，防止機組運行過程中定子線棒端部振動引起絕緣損傷。長鐵心機組其端部支撐應具有應對線棒熱膨脹的措施。

定子線棒上、下端箍與支架連接方式應可靠，剛度滿足蓄能機組要求，避開定子線棒固有振動頻率。

3.2.2 制造安裝

現場安裝時建設單位應嚴格按照《GB/T8564-2003水輪發電機組安裝技術規范》定子裝配中9.3.11～9.3.17各項規定進行。

定子線棒裝配人員一定要有相關工作經驗，嚴格把控定子繞組裝配流程。

3.2.3 運維管理

額定轉速300 r/min及以上的水輪發電機宜定期按照GB/T20140的要求進行定子端部動態特性和振動試驗，例如繞組緊度檢查、繞組端部振動檢測、松動的槽楔檢查、定子繞組直流耐壓和泄漏電流測試、定子槽部線圈防暈層對地電位測量、起暈試驗等。線棒端部的固有頻率應盡量避開95～115 Hz的共振區。有條件的單位可安裝端部振動在線監測系統。

C、D級檢修中需重點檢查定子繞組槽楔和端部固定塊固定情況、檢查是否有振動磨損產生的粉末（或油泥）沉積。

3.3 定子繞組電腐蝕現象

3.3.1 規劃設計

定子繞組絕緣應采用真空壓力浸漬或加熱模壓固化工藝成型。其端部絕緣應采用防暈層與主絕緣一次成型的結構和工藝。

優化定子線棒防暈結構設計和材料選擇。

3.3.2 制造安裝

定子繞組在槽內應緊固，定子槽部線圈防暈層對地電位或對地電阻測試應符合要求。

定子設備出廠前應進行定子線圈股線間耐壓試驗、定子線圈槽部表面電阻試驗、定子線圈冷熱狀態的介質損耗角正切及其常態增量測定、起暈電壓測定、定子線圈工頻擊穿電壓試驗、定子線圈工頻耐壓試驗等，結果應合格。

3.3.3 運維管理

建議機組C級和D級檢修中檢查定子繞組端部，不應有下沉、松動、磨損或較嚴重的電腐蝕現象。對出現電腐蝕情況應及時處理，對于電腐蝕只損傷防暈層的線棒，對其表面清理后，涂刷高阻防暈漆；對于電腐蝕嚴重，絕緣損傷較深的線棒，先使用無溶劑室溫固化膠填充絕緣損傷處，干燥后再使用高阻防暈漆涂刷表面。

投運20年及以上的水輪發電機組在大修時應按DL/T492規定的方法進行定子繞組絕緣老化鑒定。

推薦開展紫外線攝像檢測分析。

3.4 定子繞組相間短路

3.4.1 規劃設計

抽水蓄能機組線棒端部絕緣設計采用全封閉絕緣方式。

新機組設計時，應嚴格按照規程要求進行線棒抗短路能力設計，防止外部設備短路時，線圈失穩變形導致事故擴大。

對大容量機組中性點接地方式進行研究，討論中性點接地變副方接消弧線圈的可行性，將單相接地電流限制在（GB/T 14285-2006）規定的單相接地安全（允許）值1～2 A范圍內。

發電電動機風洞內二次測量引線 應設計在外風洞側；空冷器供排水管路設計為不銹鋼材質，采取可靠措施進行防護，消除漏水滲水隱患。

3.4.2 制造安裝

新機組安裝時，發電機線棒端部絕緣處理應嚴格按照工藝標準施工，施工措施及技術要求需經制造廠督導人員的確認，施工后應經施工單位、廠家督導、監理（如有）、業主多方驗收確認。定子設備出廠前應進行定子線圈股線間耐壓試驗、定子線圈槽部表面電阻試驗、定子線圈冷熱狀態的介質損耗角正切及其常態增量測定、起暈電壓測定、定子線圈工頻擊穿電壓試驗、定子線圈工頻耐壓試驗等，結果應合格。

3.4.3 運維管理

定子線棒端部清掃列入D級及以上檢修的標準項目，每次檢修均組織人員對其進行重點清掃和檢查，此外還計劃結合檢修對風洞內部地面和墻壁進行治理，減小粉塵的產生，進一步提升發電機內部的清潔度。

4 結語

抽水蓄能電站近幾年發展迅速，在電網事故備用、調峰調頻中起到重要作用。發電電動機定子結構各電站的設計大同小異，并且直接影響機組的穩定運行。本文對抽水蓄能電站定子典型缺陷進行了分析，并提出對策和建議，為其他電站提供了有益參考。