一起150MW汽輪發電機定子下層繞組線棒接地查找與處理分析

吳乃科

（廣西百色銀海發電有限公司）

0 引言

汽輪發電機是火力發電廠主要設備之一，它與鍋爐和汽輪機稱為三大主機，由汽輪機帶動發電機旋轉，將其機械能轉化為電能，并實現發電。汽輪發電機主要由定子與轉子組成，其中定子由定子鐵心、線棒、機座以及固定這些部分的其他結構件組成。

本文介紹了一起150WM汽輪發電機定子繞組線棒接地故障檢查、處理整個過程，并根據故障接地點分析了事故成因，簡述了其接地故障點查找及修復方案，對故障成因開展了理論分析研究，提出了預防措施，對降低事故發生概率，提升電網的運行可靠性具有一定參考意義。

1 故障信息介紹

1.1 故障發電機信息

故障發電機系山東濟南發電設備廠2007年4月生產，2007年10月投入運行。該發電機型號WX21Z-085LLT，額定功率150MW，定子額定電壓15.75kV，額定電流6469A，冷卻方式為密閉循環式空氣冷卻，絕緣等級F級。查閱檢修記錄資料，最近一次A級檢修為三年前，各項例行檢修、預防性試驗均正常。

1.2 故障發生過程

故障前發電機運行各項主要參數正常：有功功率145MW，發電機定子電壓15.78 kV，發電機定子電流5.88kA，勵磁電壓216V，勵磁電流1218A。

14點04分41秒，發電機事故喇叭響。A、B套發變組保護裝置“定子接地3U0”、“定子接地3W”保護動作出口，發出報警信號。#1發變組出口開關、發電機滅磁開關跳閘，6kV廠用電快切裝置聯動切換成功。

查看發變組故障錄波屏故障錄波記錄：發電機出口 PT開口三角二次電壓為 73.47 V。查看#1發變組保護A柜“發電機3U0定子接地II”保護動作值為29.43V，B柜“發電機3U0定子接地II”保護動作值為29.11V（整定值均為10.0 V），保護正確動作。

2 檢查過程

為了避免產生錯誤判斷，縮短機組并網時間，通過檢查、試驗等方法，逐步逼近查找故障點，查找步驟如下：

1）#1發變組跳閘后，查閱故障錄波裝置和保護裝置故障記錄，排除了保護誤動跳閘的可能，就地檢查發變組一次系統未見明顯異常點。 對#1發變組一次系統（發電機、出口PT、主變、廠高變及出口避雷器）整體測量絕緣電阻值為0.01MΩ，說明發變組存在接地點。

2）將#1發電機定子三相引出軟連接線拆開后，測量其絕緣電阻值為：A相180/70MΩ（R60/R15）；B相0.01/0.01MΩ（R60/R15）；C相150/60MΩ（R60/R15）。測量發電機出口三相封閉母線絕緣電阻值為：A相4.51/3.19 GΩ（R60/R15）；B相5.42/4.22GΩ（R60/R15）；C相5.87/4.59GΩ（R60/R15）。確定接地點在發電機本體定子B相和引出短線之間區域，排除主變、廠高變等設備接地的可能性。

3）拆開發電機兩側上端蓋和上內護板檢查，未發現端部繞組線棒有明顯異常點。對發電機B相出線絕緣板去污，用工業酒精清洗后，測量絕緣電阻值 0.01MΩ。排除發電機B相短引出線穿入支撐絕緣板臟污引起接地的可能，判斷發電機內部B相定子繞組線棒有接地點。

3 接地故障點查找

根據測量的絕緣電阻值可以判斷該發電機定子繞組B相線棒為低阻接地故障，采用直流沖擊法進行故障點查找，如圖1所示，試驗變壓器（T）作為試驗充電電源，在變壓器高壓側裝設高壓硅堆（V），其作用是整流輸出直流電源。加裝保護限流電阻（R），其作用是防止變壓器高壓側過流，一般選擇10～100MΩ水阻。試驗回路中并接高壓電容器（C），一般選擇0.1μF、15kV高壓電容。試驗回路中球間隙裝置（F）的作用是調節試驗時需要充放電的電壓值。直流沖擊法工作原理：直流電壓加壓后對高壓電容充電，電容器電壓上升至球隙擊穿電壓，球隙擊穿，充電電容通過球隙對故障點放電。充電電容放電后電壓下降，球間隙恢復絕緣，試驗變壓器再次對充電電容充電。通過調節球間隙距離可調節試驗電壓大小及放電時間間隔，形成對故障點間隙放電[1]。

圖1 直流沖擊法原理接線圖

抽出發電機轉子后，采用直流加壓沖擊法查找接地故障點。派專人在發電機汽、勵兩端不同位置進行觀察，升壓到3.6kV，發電機內部無放電現象，繼續升壓至5kV，在發電機勵端側52槽（從勵端看11點左右位置）下層繞組線棒出槽口R角外第一道氣封綁繩處發現明顯的放電聲和火光，已確定發電機定子B相繞組線棒接地點位置，如圖2所示。

圖2 接地點位置示意圖

4 故障特點及處理方案

此次發電機定子B相繞組線棒主絕緣受損點在勵端側52槽第二層（下層）線棒出槽口R角外第一道汽封綁繩的交叉U形半開口空腔縫隙內，距離發電機勵端端部槽口約10cm位置。因絕緣擊穿點在下層繞組線棒側面，被上層線棒遮擋無法直接觀察到，修復工序受可施工操作空間限制，無法清理干凈絕緣受損點周圍的絕緣材料及削成坡口，也影響后續的絕緣包扎恢復等施工工序。設備制造廠提供的修復方案拆除上層4根線棒，騰出空間再對故障點進行修復，耗時較長，修復時間約1個半月。基于區域電網保穩需求等原因，這么長的修復時間，迫使區域電網存在很大的安全隱患。經與設備制造廠技術人員充分討論，互換意見，從技術角度論證提出局部維修方案。即現場制作針對性特殊修復工具，并用窺視設備輔助，不拆除上層線棒的情況下對該絕緣擊穿點進行局部修復，工期可以在10天內完成。

5 處理過程

清除下層線棒絕緣擊穿點周圍的汽封綁繩和上層線棒影響維修的墊繩，利用可伸縮檢測鏡和內窺攝像頭進行輔助可視。現場制作各類形狀挖補工具，仔細清理絕緣受損點周圍碳化的絕緣材料至導線層，沿受損點四周絕緣材料削成坡口，打磨成斜錐狀，坡面平滑、均勻，如圖3所示。

圖3 絕緣受損點剖削示意圖

絕緣受損點按照工藝要求處理好后進行B相繞組線棒直流耐壓及泄漏電流試驗。按照DL/T596－1996《電力設備預防性試驗規程》標準要求，試驗電壓2.5Un，1min通過[3]。進行受損點絕緣層包扎工序：用無水酒精擦干凈后刷涂一層固化環氧樹脂漆，然后采用與線棒絕緣相同的絕緣材料（特5440-1多膠云母帶）逐層刷EP160進口樹脂進行半迭繞包（共計包扎14層），層間刷EP160進口樹脂漆的黏度應適當，涂刷要均勻。主絕緣層半迭繞包完成后，按工藝要求恢復防暈層。外層包低阻防電暈帶，用保溫材料做好局部防護后用紅外加熱烘干，溫度保持在115℃左右約24h烘干，自然降溫至室溫，最后刷高阻防暈漆晾干。

局部絕緣修復處理的重點應掌握修理部分絕緣層無氣泡夾雜，因此，應嚴格按半迭包繞工藝，“半迭”應保證準確。絕緣云母帶包扎過程中不可出現皺褶，包扎絕緣帶時可適當用力拉緊，但用力均勻。

全部修復工序完工后再次按照DT/T596－1996《電力設備預防性試驗規程》要求進行發電機試驗[3]：定子繞組線棒絕緣電阻、直流電阻測試合格；定子B相線棒泄漏電流和直流耐壓試驗（試驗電壓2.5Un，39.4 kV）合格，交流耐壓試驗（試驗電壓1.5Un，23.6kV）1min通過。

6 原因分析及防范措施

此次#1發電機定子B相繞組線棒絕緣受損點的部位特殊，在發電機勵端側52槽第二層（下層）線棒出槽口R角外線棒第一道汽封綁繩的交叉U形半開口空腔縫隙內[4]。結合現場檢查情況分析判斷：發電機生產制造過程中的定子汽封綁繩（汽、勵側端部出槽囗處的第一道綁繩），因制造工藝原因，存在交叉縫隙中會形成倒U形半開口空腔，如果發電機內部存在金屬性顆粒狀異物，運行中在風力的擾動與磁場吸引力作用下，金屬性顆粒物在定子內四處漂移，機緣湊巧中，有金屬導磁性顆粒物掉入此空腔內，在端部交變磁場的作用下，金屬性顆粒會在倒U形空腔內持續振動、旋轉磨蝕繞組的云母絕緣，形成磨蝕凹陷，達到一定深度后，繞組線棒云母絕緣層磨蝕減薄，承受耐電壓值降低，最終發生絕緣擊穿，形成接地故障。排查時發現勵端、汽端還有幾處存在類似情況，只是主絕緣磨損的程度較小，沒有被擊穿。該發電機冷卻方式為密閉循環式空氣冷卻，進入發電機腔內的冷卻空氣應是不帶有灰塵或金屬性顆粒物的潔凈空氣。那么金屬導磁性顆粒物是怎么進入到發電機定子腔內的呢？經過分析總結可能原因有以下四點：①發電機制造過程中機座焊接產生的飛濺金屬焊渣。②制造過程中機座噴鋼砂除銹、消應力后清理不干凈的鋼砂遺留物。③現場安裝過程中，有焊接作業時防護不嚴，有飛濺焊渣進入機座內。④發電機下機座與周邊基礎密封不嚴，檢修施工現場的雜物中有含金屬性顆粒隨冷卻風循環吸入發電機內。對發電機進出風系統進一步的檢查發現發電機下機座與周邊基礎密封不嚴，判斷檢修施工現場的雜物中有含金屬性顆粒從該處進入發電機膛內的主要原因。怎樣避免類似問題的發生呢？經過與發電機制造廠進行技術交流，形成統一意見并提出以下防范措施：①利用此次檢修機會全面檢查發電機的整體密封性，對不符合要求及時做整改，特別是仔細檢查冷風交換間隙通道，不應大于設計要求。②對發電機定子進行全面檢查清理，主要位置是:機座內各個風區，定子鐵心、繞組線棒的全部通風間隙。③用面粉、吸塵器將發電機冷風室內徹底清理干凈，清理后再上一層油漆，確保墻面光滑，無異物。

7 結束語

對于該類型的發電機，防止金屬性顆粒物進入發電機腔內并進入汽封綁繩交叉空腔縫隙內造成定子繞組絕緣故障，最主要也是最有效的手段是加強發電機檢修期間對進出風系統以及機座與周邊基礎密封性的檢查。每次大、小修都應仔細檢查發電機定子繞組端部，特別是汽封綁繩交叉空腔縫隙內繞組線棒絕緣是否有磨損的痕跡，尤其是發現有環氧粉、泥時，應當借助內窺攝像頭等可視設備認真細致地檢查。以便及早發現缺陷隱患，并及時消除。