國外某水電站1號機定子線棒擊穿原因分析及處理

楊桂周，李文棟，陳珊英

（東芝水電設備（杭州）有限公司，浙江 杭州 310000）

0 前言

水輪發電機定子線棒擊穿引起接地是一種常見故障，當定子線棒受損無法修補需要更換時，如何快速更換處理就顯得尤為重要，本文以國外某水電站1號機定子線棒擊穿為研究對象，分析了發生故障的原因，并總結了如何不吊出轉子更換定子線棒的處理過程及方法[1]，希望能為類似機組的處理提供一些參考和借鑒作用。

1 發電機概況與基本參數

國外某水電站裝機3臺，總裝機容量234.6 MW，主要以發電為主，1號機于2015年8月投運，發電機基本參數見表1。

表1 發電機基本參數

2 事故概況及調查

該電站1號機在2016年9月正常運行時，突然定子接地故障信號報警導致機組甩負荷停機。

停機后，分別對封閉母線、中性點裝置及定子繞組進行了絕緣電阻測量，封閉母線、中性點裝置和定子三相繞組的B相和C相絕緣電阻正常，A相絕緣電阻為0，確認了A相存在接地故障。

結合現場條件，利用直流電壓分擔法，對A相3個支路分別通10 A直流電流，測得A相第三支路出現了分壓現象，主引出端對地以及中性點對地電壓分別為0.017 V和0.079 V，根據電壓比等于線棒串聯根數比[2]，結合定子繞組接線圖，初步判斷接地位置位于205槽上層線棒附近，現場拆解對應位置的擋風板后，查到受損線棒為205槽上層線棒，受損位置位于機組上端，接近于線棒直線段出槽口處，呈直徑約5～7 mm的凹坑，深度基本達到內部導體。定子線棒受損狀況如圖1所示。

圖1 定子線棒受損狀況（一）

3 原因分析

觀察受損部位形態，受損部位呈圓形凹坑狀，凹坑周圍線棒主絕緣有不同程度的灼傷情況，并由內向外呈逐漸減輕狀，說明凹坑處于熱源正中心，所以推測有小型磁性金屬物質（例如螺栓、螺母或焊頭等）附著，因為該部位磁場強度很高，在這種磁場強度很高的部位，當線圈表面有磁性金屬物質接觸時，金屬物質會受到電磁感應而發熱，以M10螺母大小的物體為例，推算溫度會達到200～300 ℃以上。

另外，從受損位置周邊的組裝情況來看，上層線棒內徑側與組裝在線棒上的擋風板之間存在間隙，綁扎槽楔止動的綁繩會在高出鐵心段約20 mm處形成一個小臺階，該位置可以遺留異物，并容易被卡住。由于故障點也正處于緊貼綁繩的上端，所以推測此處有磁性異物遺留，示意圖詳見圖2。

圖2 定子線棒受損狀況（二）

通過以上分析推斷，應是有磁性異物附著在此處，在機組運行過程中，該異物在定子鐵心端部磁場作用下感應而發熱，并伴隨電磁振動；線棒絕緣在過熱磁性異物及異物的電磁振動雙重作用下受到緩慢、逐漸加重的熱損傷和機械損傷，當絕緣剩余厚度不足以支撐機組運行所需的電場強度時，發生定子線棒擊穿接地事故。

由于該線棒已完全被擊穿，且故障點位于鐵心出槽口并緊靠鐵心，無法進行臨時修復處理，因此決定對該線棒進行更換處理。

4 定子線棒更換處理

為盡快恢復機組運行，減少現場工作量，考慮在不吊出轉子的條件下更換定子線棒方案的可能性，根據圖紙確認，拆除1只磁極后，磁軛與定子鐵心之間有300 mm×660 mm的操作空間，方案可行，因此決定不吊出轉子拆1只磁極更換定子線棒，發電機斷面簡圖如圖3所示。

圖3 發電機斷面簡圖

4.1 磁極拆卸

（1）在受損線棒附近選擇1只與上機架無干涉的磁極，將其上方的上蓋板及擋風板拆除。

（2）由外至內依次拆除阻尼環連接、極間擋風板、極間連接，此過程注意螺栓、螺母、墊片等零部件收集，不要遺漏在機組中。

（3）拔磁極鍵，在磁軛上方將預置鍵貼近磁軛表面用砂輪機切割掉，注意切割前做好防護，以防切割粉末飛到定、轉子線圈上，同時防止砂輪片碎掉損傷定子線圈，再用足夠強度的鋼板制作一個吊耳焊接于打入鍵上，接著在磁極楔形鍵面之間倒入煤油，使鍵得到潤滑，在吊耳上掛上鋼絲繩，并將鋼絲繩固定住，確保鍵拔出時，鍵不會從鍵槽內瞬間飛出傷到人或設備，至此，拔鍵所需工具和準備工作基本完成。

拔鍵首選手拉或電動葫蘆，當手拉或電動葫蘆無法拔出時，可考慮選擇行車的主鉤利用點動的方式拔鍵，并注意觀察起吊重量，該項目選用了行車拔鍵，當起吊重量達到38 t時鍵被成功拔出。

（4）磁極吊出，由于極間撐塊位于磁極軸向中間位置，很難直接拆除極間支撐吊出磁極，為了實現不吊轉子更換線棒，極間支撐采用了特殊結構，支撐把合螺栓從磁軛內徑側把緊，極間支撐裝配圖如圖4所示。

圖4 極間撐塊裝配示意圖

松開磁軛內徑側的螺栓，將拉緊螺栓連同極間撐塊盡量向機組外徑側移動至無法移動為止，以最大化的增加極間撐塊和磁極線圈的間隙。

接著在磁極下端，交替使用兩個千斤頂向上頂磁極，向上頂的同時，在磁極上端，借助磁極端板鴿尾處的螺栓孔用鉸鏈向上拉，因螺栓孔為非起吊用孔，因此僅可作輔助，即千斤頂向上頂的同時，鉸鏈跟隨千斤頂向上拉，待磁極達到撐塊上方后，固定住磁極。在磁極與鐵心氣隙之間墊3塊木板，以防磁極傾倒傷到定子，從磁極下方用寬吊帶將磁極兜住，緩慢將其吊出，當磁極吊出磁軛約400 mm左右時，將磁極吊出部分用綁帶將吊帶和磁極綁在一起，以防止磁極吊出時傾倒，吊出磁極后將拆除磁極的位置通過盤車的方式旋轉至受損的定子線棒處。

4.2 定子線棒更換

（1）線棒拆除前，測量該支路直流電阻以備更換線棒后對比使用，同時做好周圍防護，依次拆除絕緣盒→拆開綁繩→取下斜邊墊塊→拆除槽楔→拔出線棒，拆絕緣盒和斜邊墊塊時需格外小心，以防傷到其他線棒將事故擴大。

（2）拔出線棒后，對剩余線棒進行絕緣電阻測量和交流耐壓試驗，確認是否還有其他受損線棒，試驗電壓，AC 0.8（2UN+3）kV，1 min。

（3）安裝新線棒，參照定子線棒下線作業指導書進行下線，下線前對備品定子線棒進行(2.75UN+2.5) kV，1 min交流耐壓確認；打好槽楔后，對新下線棒進行0.75（2.5UN+1） kV，1 min交流耐壓試驗確認；下線完成并干燥后，對所有繞組分相進行2.5UN直流泄露試驗和1.5UN，1 min交流耐壓試驗確認。

4.3 磁極回裝

按照磁極安裝反向工藝流程進行磁極回裝，過程中注意防護，回裝完成后將機組徹底清掃干凈，確保無異物殘留在機組內，相關電氣試驗參照DL/T 596-2005《電力設備預防性試驗規程》執行，試驗合格后回裝擋風板及發電機蓋板。

5 結語

（1）通過對本次定子線棒擊穿原因的分析及處理，得到如下結論：應盡量從根本上杜絕類似事故的發生，無論是新機組下線還是機組檢修，都應加強對定子線棒周圍檢查力度，以避免有異物掉落在定子線棒端部。

（2）定子線棒發生擊穿事故引起機組長時間停機，會給電站造成較大的經濟損失，盡可能快的恢復機組運行，減少事故停機時間就顯得尤為重要。

本次事故拆裝磁極更換定子線棒共花費約7 d時間，但如果采用吊出轉子換線棒，需要大約45 d以上的時間，本次更換定子線棒大大降低了事故停機時間，為電站挽回了部分損失。

綜上，本文介紹的故障原因及處理過程，希望可以為預防和處理類似事件提供一些幫助，以減少電站經濟損失。