孫 彬，邱小耕，李佳佳

(四川二灘國(guó)際工程咨詢(xún)有限責(zé)任公司，四川成都 611130)

1 概述

錦屏二級(jí)水電站發(fā)電機(jī)定子繞組由單匝線(xiàn)棒組成，6支路并聯(lián)，“Y”形連接，主引出線(xiàn)從-Y軸方向引出。中性點(diǎn)引出線(xiàn)從第二象限引出，與+Y軸成50°角，中性點(diǎn)引出線(xiàn)分為2組中性點(diǎn)，一組為 U、V、W 相 的 1、2、3 支路，另一組為 U、V、W相的4、5、6支路，2組中性點(diǎn)引出線(xiàn)接在一起，并采用電力電纜引出至接地變壓器接地。線(xiàn)棒周邊絕緣厚度均勻、具有良好的電氣、機(jī)械性能、抗老化、耐潮濕性能并具有不燃或難燃特性。定子線(xiàn)棒對(duì)地絕緣的外側(cè)用半導(dǎo)體復(fù)合物進(jìn)行防暈處理，定子線(xiàn)棒的端部絕緣采用防暈層與主絕緣一次成型結(jié)構(gòu)。繞組端部接頭經(jīng)銀銅焊接(采用中頻焊)、加工平整之后，套以玻璃纖維絕緣盒并填充樹(shù)脂化合物。不允許線(xiàn)棒之間用軟焊接頭。所有繞組的連接，包括極間連接線(xiàn)和引線(xiàn)銅排均采用銀銅焊，以確保其有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和導(dǎo)電性能。

2 耐壓試驗(yàn)放電問(wèn)題

2．1 2#機(jī)組繞組耐壓試驗(yàn)時(shí)發(fā)生放電現(xiàn)象

試驗(yàn)前，先對(duì)整個(gè)定子繞組進(jìn)行加熱去潮，并將繞組溫度降至常溫，在絕緣電阻試驗(yàn)、吸收比、極化指數(shù)試驗(yàn)合格后進(jìn)行直流耐壓、直流泄漏、交流耐壓試驗(yàn)。由于發(fā)電機(jī)線(xiàn)電壓UN=20kV，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，直流耐壓標(biāo)準(zhǔn)值為3UN=60 kV，最終整體交流耐壓標(biāo)準(zhǔn)值為2UN+3=43(kV)。當(dāng)2#機(jī)組直流耐壓升至58kV時(shí)，W相中性點(diǎn)引出線(xiàn)金屬支架與相中性點(diǎn)引出線(xiàn)端子絕緣板附近發(fā)生放電現(xiàn)象，最初判斷為局部毛刺放電，經(jīng)過(guò)灰塵擦拭處理后進(jìn)行三次升壓，仍在接近60kV時(shí)發(fā)生放電現(xiàn)象。為保證試驗(yàn)順利進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)采取對(duì)放電區(qū)域進(jìn)行除塵清掃和高分子絕緣板對(duì)地進(jìn)行電氣隔離措施，再次進(jìn)行直流耐壓后順利通過(guò)。此后進(jìn)行的交流耐壓試驗(yàn)同在中性點(diǎn)V、W相發(fā)生放電現(xiàn)象，采用高分子絕緣板對(duì)地隔離的同樣方法后交流耐壓試驗(yàn)順利通過(guò)。

2．2 8#機(jī)組耐壓試驗(yàn)時(shí)發(fā)生放電現(xiàn)象

8#機(jī)組在完成絕緣電阻、吸收比、極化指數(shù)后，并在完成直流耐壓試驗(yàn)進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)時(shí)電壓升至38kV，匯流環(huán)與匯流環(huán)支撐架上部發(fā)生放電現(xiàn)象。對(duì)放電部位進(jìn)行清掃后重新升壓至38kV仍然發(fā)生放電現(xiàn)象，隨后現(xiàn)場(chǎng)采取臨時(shí)拆除放電部位匯流環(huán)支撐架進(jìn)行試驗(yàn)，重新零起升壓至38kV，未再次發(fā)生放電現(xiàn)象，但電壓繼續(xù)升至41kV后在另外兩處匯流環(huán)支撐架上部發(fā)生放電現(xiàn)象，在采取相同方法、臨時(shí)對(duì)匯流環(huán)支撐架進(jìn)行拆除、零起升壓至43kV后未發(fā)生放電現(xiàn)象。

3 故障原因分析

因?yàn)樵囼?yàn)過(guò)程中對(duì)2#機(jī)組、8#機(jī)組放電部位進(jìn)行過(guò)清掃，甚至多次升壓，通過(guò)對(duì)2#、8#機(jī)組故障現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行觀(guān)察、分析，排除了金屬或絕緣層表面毛刺、尖角等原因。因此，現(xiàn)場(chǎng)將原因鎖定在強(qiáng)電壓下沿面放電所引起的爬電現(xiàn)象，并通過(guò)觀(guān)察現(xiàn)場(chǎng)放電部位是否存在爬電路徑、爬電距離是否滿(mǎn)足規(guī)范要求以及相關(guān)爬電產(chǎn)生的環(huán)境因素和條件進(jìn)行原因排查和分析。

(1)造成爬電的一般環(huán)境因素是由于絕緣部分附著污穢，使部分絕緣強(qiáng)度下降，在空氣潮濕環(huán)境下發(fā)生爬電。由于2#、8#機(jī)組均為安裝試驗(yàn)階段，已對(duì)定子整體及繞組完成系統(tǒng)清掃工作，不存在大量污穢物，并且試驗(yàn)前均進(jìn)行了加熱去濕，因此以上兩例放電可以排除外界環(huán)境直接導(dǎo)致的爬電現(xiàn)象。

(2)由于定子繞組試驗(yàn)前經(jīng)過(guò)嚴(yán)格清掃，因此，發(fā)電站設(shè)備爬電距離按0級(jí)污穢等級(jí)計(jì)算為1．48cm/kV ×20kV(線(xiàn)電壓)=296(mm)。2#發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)至導(dǎo)體至定子支撐(接地)中間存在的環(huán)氧板電氣隔離爬電距離應(yīng)滿(mǎn)足該爬電距離要求。實(shí)際上，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)引出線(xiàn)是由四塊尺寸相同的環(huán)氧玻璃布板組合、拼接，與鋼支撐架共同支撐的中性點(diǎn)引出線(xiàn)、環(huán)氧玻璃布板間存在間隙，耐壓時(shí)由于絕緣板與空氣介質(zhì)交界面上的電壓分布不均勻，從而使沿面閃絡(luò)電壓比空氣間隙的擊穿電壓低，易造成沿面放電。通過(guò)計(jì)算，其最短爬電距離為265-32-70+100=263(mm)，小于發(fā)電站0級(jí)污穢等級(jí)爬電距離296mm，無(wú)法滿(mǎn)足耐壓試驗(yàn)爬電距離要求，最終引起爬電。

由于絕緣板是廠(chǎng)家整體到貨，無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)安裝要求，需對(duì)絕緣板進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)切割、分解和二次加工，拼接處表面粗糙度相對(duì)較差，進(jìn)而造成場(chǎng)強(qiáng)分布不均，絕緣板、中性點(diǎn)銅環(huán)引線(xiàn)外層絕緣形成放電通道。

正常發(fā)電機(jī)在發(fā)電態(tài)中性點(diǎn)不平衡電壓很低，中性點(diǎn)周?chē)丛性O(shè)計(jì)在發(fā)電態(tài)很難發(fā)生爬電現(xiàn)象，但現(xiàn)場(chǎng)線(xiàn)棒繞組安裝完成后，須經(jīng)過(guò)60 kV直流耐壓試驗(yàn)、43kV交流耐壓試驗(yàn)檢驗(yàn)繞組安裝是否存在缺陷，此試驗(yàn)過(guò)程將無(wú)可避免地會(huì)產(chǎn)生放電現(xiàn)象。

(3)8#機(jī)組匯流環(huán)支撐存在多處放電，通過(guò)對(duì)支撐架放電部位進(jìn)行觀(guān)察，發(fā)現(xiàn)同樣存在爬電路徑。但與2#機(jī)組不同的是，此次出現(xiàn)的爬電路徑與安裝有直接關(guān)系。分析得知:支架是由不銹鋼螺桿、環(huán)氧支撐塊組合而成，而廠(chǎng)家設(shè)計(jì)的不銹鋼外側(cè)是套有一根長(zhǎng)度為1085mm的環(huán)氧玻璃布管，整個(gè)環(huán)氧塊(圖1)支撐高度為1101．1mm(一套匯流環(huán)支撐包含環(huán)氧支撐塊的數(shù)量為22塊)，個(gè)別環(huán)氧支撐塊之間將產(chǎn)生間隙。間隙產(chǎn)生的原因是由于匯流環(huán)焊接后需用云母帶涂刷EP139(絕緣樹(shù)脂)進(jìn)行裹包，若安裝匯流環(huán)支撐架在焊接裹包區(qū)域，會(huì)導(dǎo)致匯流環(huán)相鄰環(huán)氧支撐塊存在間隙，相當(dāng)于將長(zhǎng)度為1085mm的環(huán)氧玻璃布管截短了一截。在施工中將長(zhǎng)度為1085mm的環(huán)氧玻璃布管套至最底部時(shí)，會(huì)使最上層匯流環(huán)旁的不銹鋼螺桿裸露，而未得到環(huán)氧玻璃布管的電氣保護(hù)進(jìn)行耐壓試驗(yàn)時(shí)，匯流環(huán)表面絕緣材料將被電極化，進(jìn)而導(dǎo)致沿面放電——爬電——裸露不銹鋼螺桿部位放電，其等效電路見(jiàn)圖2。

4 故障處理

4．1 2#機(jī)組發(fā)生故障的處理

根據(jù)相關(guān)發(fā)電廠(chǎng)檢修規(guī)程要求，小修更換部分繞組及大修前后需進(jìn)行交直流耐壓及相關(guān)配套試驗(yàn)，如按原設(shè)計(jì)要求試驗(yàn)存在爬電問(wèn)題，因此，發(fā)電機(jī)設(shè)備廠(chǎng)家主設(shè)計(jì)師經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際檢查后決定重新設(shè)計(jì)中性點(diǎn)引出線(xiàn)部位結(jié)構(gòu)并予以更換，后續(xù)機(jī)組全部按新修改的圖紙安裝。具體處理措施為:取消原有中性點(diǎn)不銹鋼支撐架，改用高強(qiáng)度環(huán)氧支撐板，將環(huán)氧支撐板與引出線(xiàn)端子之間的理論爬電距離提高為418mm。支撐板底部用M20螺栓固定三角支架與機(jī)座裝配固定，絕緣層用16玻璃纖維繩預(yù)浸漬EP139(絕緣樹(shù)脂)，對(duì)引出線(xiàn)和支撐板進(jìn)行綁扎固定，室溫固化24h以上;綁扎繩表面噴 GK128(環(huán)氧底漆)和DK222(聚亞安脂樹(shù)脂面漆)。這兩種漆均達(dá)到H級(jí)絕緣水平，耐熱溫度達(dá)180℃。

4．2 8#機(jī)組故障的處理

通過(guò)降低介質(zhì)表面電阻和對(duì)地電容，將有效降低相同電壓等級(jí)下沿面放電的機(jī)會(huì)。而降低對(duì)地電容的發(fā)電機(jī)繞組固有特性非常困難?，F(xiàn)場(chǎng)采取調(diào)整環(huán)氧支撐布管高度來(lái)提高體積電阻，同時(shí)對(duì)環(huán)氧支撐塊凹槽進(jìn)行局部修整、補(bǔ)刷LL16(低阻防暈漆)，使匯流環(huán)焊接裹包部位與之更好地貼合，使絕緣支撐塊、匯流環(huán)絕緣層與空氣介質(zhì)交界面上的電壓分布更加均勻，進(jìn)而有效降低了匯流環(huán)和環(huán)氧支撐塊的介質(zhì)表面電阻，確保了耐壓試驗(yàn)順利通過(guò)。具體處理措施為:將爬電部位的環(huán)氧支撐板臨時(shí)拆除，調(diào)整裸露不銹鋼螺桿外層的環(huán)氧玻璃布管高度50～60mm，直至匯流環(huán)兩側(cè)環(huán)氧支撐塊間隙處不銹鋼螺桿已完全被環(huán)氧玻璃布管包裹、覆蓋。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)有效的處理，2#、8#繞組整體耐壓試驗(yàn)順利完成，并對(duì)同類(lèi)問(wèn)題進(jìn)行了相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)。通過(guò)對(duì)錦屏二級(jí)水電站2#、8#機(jī)組定子繞組耐壓放電問(wèn)題進(jìn)行分析后認(rèn)為，在機(jī)組安裝中對(duì)以下環(huán)節(jié)應(yīng)特別注意控制:(1)在水電站非標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)制造及安裝過(guò)程中，設(shè)備廠(chǎng)家在設(shè)計(jì)時(shí)容易忽視現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝、試驗(yàn)要求，在中性點(diǎn)安裝試驗(yàn)階段，對(duì)于電氣及爬電距離是否能夠滿(mǎn)足試驗(yàn)要求要做充分考慮或提出相應(yīng)措施;(2)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際安裝過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員應(yīng)仔細(xì)推敲設(shè)計(jì)意圖，避免一些不確定因素影響試驗(yàn)結(jié)果;(3)監(jiān)理或監(jiān)造人員應(yīng)及時(shí)對(duì)關(guān)鍵圖紙進(jìn)行技術(shù)審核，提前采取相關(guān)措施，避免出現(xiàn)不必要的返工。