陳 宇 翔

(阿壩水電開發(fā)有限公司，四川 阿壩　623500)

色爾古水電站1F發(fā)電機(jī)定子線圈匝間短路事故分析及處理

陳 宇 翔

(阿壩水電開發(fā)有限公司，四川 阿壩623500)

摘要：色爾古水電在施工過程中，由于相關(guān)單位未嚴(yán)格按規(guī)范實(shí)施，造成1F機(jī)組定子線圈匝間發(fā)生短路事故，后經(jīng)各方努力終于修復(fù)并投產(chǎn)，但教訓(xùn)深刻。介紹了色爾古水電站1F發(fā)電機(jī)定子線圈匝間短路事故分析及處理方法，對機(jī)電安裝工程建設(shè)中如何有效避免類似事故再次發(fā)生具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：色爾古水電站；定子線圈；匝間短路；修復(fù)

由阿壩水電開發(fā)有限公司開發(fā)的色爾古水電站位于阿壩州黑水縣境內(nèi)的黑水河干流上，電站以單一發(fā)電為目的，具有日調(diào)節(jié)能力，裝有三臺混流式水輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組型號為：水輪機(jī)組HLA722C—LT—300,發(fā)電機(jī)組SF50—24/6050，總裝機(jī)容量為3×50MW。發(fā)電機(jī)出口端電壓為13.8kV，1F機(jī)/1B主變?yōu)閱卧泳€，2F/3F機(jī)與2B主變?yōu)閿U(kuò)大單元接線，屬四川電網(wǎng)統(tǒng)調(diào)統(tǒng)分電站，調(diào)度命名為雅都水電站。電站上網(wǎng)路徑：色爾古水電站——220kV都柳線——柳坪電站220kV母線——220kV柳茂線——茂縣500kV變電站并入四川省電網(wǎng)。設(shè)計(jì)水頭93m，引用流量 213m3/s,年利用小時(shí)數(shù)為4 300h。

1事故經(jīng)過及現(xiàn)象

2009年6月8日，1F機(jī)組首次啟動。6月10日，按照啟委會修改后批準(zhǔn)的《啟動試運(yùn)行程序大綱》完成了1F機(jī)組短路升流試驗(yàn)后，即進(jìn)行了機(jī)組零起升壓試驗(yàn)。第一次升壓至25%Ue，此時(shí)，安裝單位試驗(yàn)人員檢查電壓回路，發(fā)現(xiàn)B相無壓，分析估計(jì)是機(jī)端電壓較低、互感器測量誤差所致，后繼續(xù)升壓至50%Ue時(shí)，發(fā)電機(jī)風(fēng)洞內(nèi)傳出一聲悶響后機(jī)組發(fā)電機(jī)差動保護(hù)動作、事故停機(jī)，風(fēng)洞內(nèi)竄出濃煙(圖1)。

圖1　色爾古水電站1F發(fā)電機(jī)組定子零起升壓至50%Ue時(shí)燒毀的圖片

根據(jù)事故發(fā)生的部位，安裝人員拆除了發(fā)電機(jī)上的擋風(fēng)板，在1F機(jī)組+Y方向上發(fā)現(xiàn)上端部線圈有明顯的短路痕跡，20個(gè)線圈表面熏黑并有碳化現(xiàn)象。1F機(jī)組發(fā)電機(jī)保護(hù)屏保護(hù)裝置報(bào)文顯示：6月10日21時(shí)29分25秒062毫秒，定子接地保護(hù)報(bào)警、發(fā)電機(jī)機(jī)端產(chǎn)生零序電壓。21時(shí)30分30秒548毫秒，B、C相發(fā)生相間短路，差動保護(hù)動作。

2修復(fù)方案的制定

6月14日，業(yè)主就1F機(jī)組定子的修復(fù)工作召開專題會議。制造廠的修復(fù)方案為：解開已損壞的線圈與匯流排的連接并臨時(shí)絕緣包扎。再次對1F發(fā)電機(jī)進(jìn)行零起升壓，若無異常則按照規(guī)范要求最終升壓至1.3Ue，進(jìn)行匝間感應(yīng)耐壓5min，排查是否還存在有損壞的線圈；若無異常，則停機(jī)并作好檢修措施后吊出轉(zhuǎn)子，拆除已損壞的線圈，重新下線修復(fù)，之后按相關(guān)規(guī)范進(jìn)行交接驗(yàn)收試驗(yàn)。

3修復(fù)過程

根據(jù)6月14日專題會議精神，各方人員相繼到場并開展工作，按照制造廠的修復(fù)方案，在完成各項(xiàng)準(zhǔn)備工作后，6月19日晚，1F機(jī)組采用他勵(lì)方式零起升壓至1.3Ue，并未出現(xiàn)異常，完成了是否還存在損壞線圈的排查工作。6月24日，吊出1F機(jī)組轉(zhuǎn)子，修復(fù)工作正式開始，安裝單位分兩班倒，24h不間斷作業(yè)。

7月2日，定子下線工作結(jié)束，按相關(guān)規(guī)范進(jìn)行交接驗(yàn)收試驗(yàn)，測試結(jié)果表明：B相直流電阻仍然超標(biāo)，但相對于1F機(jī)組事故發(fā)生前略有降低，后將各支路與匯流排逐一開路、逐一排查，在定子-X方向發(fā)現(xiàn)有虛焊的線圈接頭，經(jīng)施工人員重新焊接處理、重新測試，最終的測試結(jié)果滿足規(guī)范要求。

7月3日吊入轉(zhuǎn)子，7月12日機(jī)組回裝完成，7月16日，修復(fù)后的1F機(jī)組重新啟動，按啟動試運(yùn)行程序大綱完成了相關(guān)試驗(yàn)，7月18日19∶50進(jìn)入72h試運(yùn)行，7月22日進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行。

4事故分析

4.1導(dǎo)致事故發(fā)生的故障點(diǎn)是線圈匝間絕緣損壞

根據(jù)制造廠技術(shù)人員及監(jiān)造工程師的敘述，由于色爾古水電站發(fā)電機(jī)組定子繞組設(shè)計(jì)采用圈式線棒，故每根線棒出廠前均要進(jìn)行匝間絕緣試驗(yàn)，其方法是對線圈施加一高頻波，在線圈層間感應(yīng)電壓達(dá)39kV，儀器檢測此電壓波型是否發(fā)生畸變，如波型正常，視為線圈匝間絕緣合格。

6月13日，在業(yè)主集控中心會議室召開的事故分析處理會上，制造廠技術(shù)人員提到現(xiàn)場下線完畢后B相直流電阻超標(biāo)，說明線圈有“內(nèi)傷”，分析可能是制作線圈線棒用的銅線有接頭虛焊或線棒下線施工過程中損壞；如果真是這樣，按照啟動試運(yùn)行程序大綱，在作機(jī)組短路升流試驗(yàn)時(shí)，有可能在短路電流逐步上升的過程中(定子單相額定電流為2 461A)此接頭虛焊處將嚴(yán)重發(fā)熱，損壞自身并殃及周圍絕緣。接下來的試驗(yàn)為零起遞步升壓試驗(yàn)，分別為25%Ue、50%Ue、75%Ue、100%Ue、130%Ue，當(dāng)升壓至25%Ue時(shí)，由于匝間絕緣已損壞、已經(jīng)發(fā)生匝間短路，間歇性短路電弧進(jìn)一步將線圈自身絕緣損壞并殃及周圍其他絕緣。此時(shí)B相無壓，試驗(yàn)人員判斷可能是機(jī)端電壓較低，互感器測量誤差所致并繼續(xù)升壓至50%Ue，C相靠近B相故障處絕緣損壞，因而擴(kuò)大為B、C相短路。后在B相線圈事故發(fā)生部位(+Y方向)，一線圈二R之間的線圈斜段表面部位發(fā)現(xiàn)一橢圓型電弧凹坑，尺寸為30mm×40mm×15mm(長、寬、深)，從而認(rèn)為這就是引發(fā)事故的禍根(圖2、3)。因?yàn)樵谶M(jìn)行零起遞步升壓前，線圈主絕緣對地、相間、吸收比均滿足規(guī)范要求，故排除了主絕緣擊穿、引發(fā)事故的可能；那么，引發(fā)事故的根源只能來自線圈內(nèi)部；故從發(fā)生事故的現(xiàn)象分析、判斷，B相該線棒匝間短路即為禍根；而20根線圈被燒毀、碳化則是因?yàn)槭鹿蔬M(jìn)一步擴(kuò)大而造成的后果。

圖2　拆出的燒毀線圈

圖3　1 F發(fā)電機(jī)組定子繞組B相線棒匝間短路燒毀凹坑

4.2第二次發(fā)現(xiàn)線圈雖有虛焊，但與線圈絕緣擊穿沒有關(guān)聯(lián)，故認(rèn)定為其分屬不同的故障點(diǎn)

6月30日，1F發(fā)電機(jī)組定子重新下線修復(fù)完畢，重作定子交接驗(yàn)收試驗(yàn)，其直流電阻雖然相對事故發(fā)生前有所降低，但仍然超標(biāo)；后將每個(gè)支路與匯流排開路，最后在定子-X方向上端部查找到了虛焊點(diǎn)；后經(jīng)施工人員當(dāng)晚重新焊接處理，重測直流阻值(偏差1%)，滿足規(guī)范要求(不大于2%)。

此次發(fā)現(xiàn)的虛焊點(diǎn)與定子絕緣擊穿沒有任何關(guān)聯(lián)，如有關(guān)聯(lián)，則會在排查是否還存在有損壞線圈、零起升壓時(shí)發(fā)生新的事故，但這一切并沒有發(fā)生異常。

但必須嚴(yán)肅指出：定子線圈虛焊屬重大隱患，在今后機(jī)組投入運(yùn)行、額定負(fù)荷工況的情況下，定子線圈虛焊部位將嚴(yán)重發(fā)熱，極有可能發(fā)生重大事故、導(dǎo)致嚴(yán)重后果。萬幸的是此隱患得到了及時(shí)發(fā)現(xiàn)、處理。

4.3下線完畢后測試直阻仍然超標(biāo)，但相對于事故發(fā)生前有所降低。此現(xiàn)象再次表明：B相線圈確實(shí)有兩處虛焊

事故發(fā)生前，《定子試驗(yàn)記錄》顯示，定子線圈B相直阻超標(biāo)，事故發(fā)生后、重新下線修復(fù)完畢重測直阻其仍然超標(biāo)，但相對于事故發(fā)生前有所降低。這是由于在事故發(fā)生前，B相有兩個(gè)部位存在線圈接頭虛焊，而定子線圈一相有6個(gè)支路，每相相當(dāng)于6支電阻并聯(lián)，則B相相當(dāng)于只有4支電阻并聯(lián)，其總阻值必然大于其余兩相。線圈修復(fù)后，B相直阻仍然超標(biāo)，但相對于事故發(fā)生前有所降低，后查出在-X方向仍有虛焊點(diǎn)，修復(fù)后重測直阻，其滿足規(guī)范要求，從而反過來證明事故發(fā)生前B相線圈確實(shí)存在兩處虛焊點(diǎn)，這就是B相+Y方向引發(fā)事故的那一點(diǎn)和后來發(fā)現(xiàn)的-X方向那一點(diǎn)。

4.4線圈中存在虛焊缺陷，為什么在出廠前和現(xiàn)場下線前均未發(fā)現(xiàn)

線圈中存在虛焊，為什么在出廠前未發(fā)現(xiàn)？2009年4月13日，3F機(jī)組有36支線圈損壞、返廠修復(fù)，修復(fù)后廠家出具了《四川黑水河色爾古電站定子線圈返廠修復(fù)檢查記錄》，其修復(fù)記錄沒有直阻測試項(xiàng)目，經(jīng)與監(jiān)造工程師電話核實(shí)，其修復(fù)記錄與新線圈正常出廠記錄相同，說明線圈出廠前未測試直流電阻，自然就不能發(fā)現(xiàn)虛焊缺陷。

現(xiàn)場下線前為什么也沒發(fā)現(xiàn)此缺陷呢？現(xiàn)場下線前，試驗(yàn)人員用萬用表對線圈作導(dǎo)通試驗(yàn)，但該試驗(yàn)只能定性、不能定量，自然也不能發(fā)現(xiàn)此缺陷。

5結(jié)論

在制造廠內(nèi)作線圈的匝間絕緣試驗(yàn)只能判斷絕緣是否有缺陷，但不能判斷是否有虛焊；在現(xiàn)場下線完畢后，可以通過直流電阻測試的方法來判斷線圈銅線接頭焊接是否合格。安裝單位進(jìn)行了此項(xiàng)試驗(yàn)，《定子試驗(yàn)記錄》證明B相直流電阻偏大、超標(biāo)(達(dá)4.3%，遠(yuǎn)大于規(guī)范要求的不大于2%的規(guī)定)，《定子試驗(yàn)記錄》也未作出“可以投入使用”的結(jié)論，而非常遺憾的是現(xiàn)場監(jiān)理工程師簽字、安裝單位繼續(xù)進(jìn)行了下道工序，從而導(dǎo)致此隱患最終釀成重大事故。

5.1線圈匝間接頭虛焊缺陷屬制造缺陷

事故的根源是制造工藝缺陷留下的。因?yàn)榘l(fā)生匝間短路點(diǎn)部分是制造廠已完善的絕緣包扎，不屬現(xiàn)場施工范圍內(nèi)。如果是安裝單位現(xiàn)場下線操作不當(dāng)損壞，則損壞的情況只能是現(xiàn)場下線過程中從外向內(nèi)撞擊或者是擠壓、扭曲線圈所致，如果能把像一束筷子一樣線圈內(nèi)部的銅線折斷，則外部主絕緣將招致嚴(yán)重?fù)p壞，那么，在實(shí)施線圈交、直流耐壓試驗(yàn)過程中，主絕緣將被擊穿、試驗(yàn)無法通過。但事實(shí)上是交直流耐壓試驗(yàn)合格，從而證明此缺陷排除了安裝單位損壞的可能性，屬制造缺陷。

5.2廠家現(xiàn)場代表負(fù)有一定責(zé)任

由于色爾古水電站定子線圈為圈式線圈，其尺寸屬目前國內(nèi)最大?？紤]到在現(xiàn)場下線，為此，制造廠專門派出專業(yè)人員到現(xiàn)場指導(dǎo)安裝單位的下線工作，其目的就是質(zhì)量把關(guān)(合同SEG/JD01-2.4.2及2.18.1條)，對此，其負(fù)有一定責(zé)任。

5.3安裝單位發(fā)現(xiàn)缺陷后既不處理，也不向業(yè)主單位反應(yīng)，應(yīng)負(fù)主要責(zé)任

2008年9月10日,安裝單位的試驗(yàn)人員在作1F機(jī)定子試驗(yàn)時(shí),發(fā)現(xiàn)B相線圈直流電阻超標(biāo)，但安裝人員既未查找原因，也不向業(yè)主單位反應(yīng)、亦不向業(yè)主反應(yīng)，讓此隱患遺留到機(jī)組零起升壓試驗(yàn)時(shí)才暴露；不講質(zhì)量、不按規(guī)范安裝。作為一支專業(yè)隊(duì)伍、富有經(jīng)驗(yàn)的承包商，應(yīng)負(fù)主要責(zé)任。

5.4試驗(yàn)人員責(zé)任心不強(qiáng)，導(dǎo)致事故擴(kuò)大，負(fù)有一定責(zé)任

試驗(yàn)人員在實(shí)施零起升壓時(shí)，發(fā)現(xiàn)B相無壓、機(jī)組保護(hù)發(fā)出“B相接地故障”的報(bào)警后，從B相定子接地到B、C相發(fā)生相間短路，有1分05秒486毫秒的時(shí)長，而試驗(yàn)人員未作出反應(yīng)、查找原因，未引起重視，仍繼續(xù)升壓，以至于事故進(jìn)一步擴(kuò)大。

5.5監(jiān)理工程師瀆職，為安裝單位的不合格工序開綠燈，負(fù)有一定責(zé)任

在安裝單位提交的《定子試驗(yàn)記錄》2、定子繞組直阻的測試一欄中未作出“可以投入使用”的情況下，監(jiān)理工程師非但未嚴(yán)格要求安裝單位查找原因，還居然簽字，為不合格工序開綠燈，從而使得安裝單位沒有查明原因并返工處理、也為繼續(xù)進(jìn)行下道工序有了“借口”，這是對不講質(zhì)量、不按規(guī)范安裝行為的縱容，嚴(yán)重瀆職，負(fù)有一定責(zé)任。

6應(yīng)吸取的教訓(xùn)和防范措施

(1)制造廠應(yīng)加強(qiáng)對駐現(xiàn)場代表的管理：根據(jù)合同SEG/JD01，廠家代表對安裝人員負(fù)有技術(shù)指導(dǎo)、質(zhì)量監(jiān)督的義務(wù)，有將質(zhì)量情況通報(bào)各方的責(zé)任，因此，制造廠必須加強(qiáng)對駐現(xiàn)場代表的管理，認(rèn)真履行合同義務(wù)和責(zé)任。

(2)施工單位須建立、健全質(zhì)量管理體系：“6.10”事故暴露出施工單位管理體系不健全，導(dǎo)致不合格工序進(jìn)入下道工序，因此，施工單位必須健全質(zhì)量管理體系，嚴(yán)格按照ISO9000族標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)行。

(3)監(jiān)理單位必須加強(qiáng)對監(jiān)理人員的管理：根據(jù)國家相關(guān)法律法規(guī)，監(jiān)理單位是質(zhì)量監(jiān)管的主體，“6.10”事故暴露出監(jiān)理單位對安裝單位、制造廠監(jiān)管不嚴(yán)，甚至失職，因此，監(jiān)理單位必須遵守法律法規(guī)，加強(qiáng)內(nèi)部管理，嚴(yán)格按規(guī)范行使合同義務(wù)和責(zé)任。

(4)業(yè)主單位必須加強(qiáng)對員工的責(zé)任心教育：每天召開現(xiàn)場協(xié)調(diào)會的目的就是暴露矛盾、解決問題，但業(yè)主個(gè)別現(xiàn)場協(xié)調(diào)工程師責(zé)任心不強(qiáng)，未主動發(fā)揮業(yè)主的主導(dǎo)地位和作用，既不監(jiān)管、也不匯報(bào)，因此，業(yè)主必須加強(qiáng)對員工的責(zé)任心教育、工程主體意識教育。

(5)防范措施：定子下線完畢，應(yīng)嚴(yán)格按照電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)《GB50150—2006》GB/T8564—2003執(zhí)行，各項(xiàng)試驗(yàn)通過后，嚴(yán)格按照啟委會批準(zhǔn)的《色爾古電站機(jī)組啟動試運(yùn)行程序大綱》執(zhí)行，每完成一項(xiàng)內(nèi)容后需經(jīng)各方簽字后再進(jìn)行下一步工作。

陳宇翔(1965-)，男，四川自貢人，副總經(jīng)理，高級工程師，從事水電工程建設(shè)技術(shù)與管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-01-07

文章編號:1001-2184(2015)03-0099-04

文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

中圖分類號:TV7;TV737;TV738

作者簡介: