曹美龍

【摘 要】文章通過(guò)一起發(fā)電機(jī)定子接地短路故障分析及處理案例，詳細(xì)介紹故障查找過(guò)程，分析了造成故障的原因，并系統(tǒng)描述故障處理方法及工藝、防范措施，特別是改進(jìn)了高壓試驗(yàn)方法，為同型發(fā)電機(jī)避免類(lèi)似事故提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】發(fā)電機(jī)定子；接地；故障處理；高壓試驗(yàn)

【中圖分類(lèi)號(hào)】TM31 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2018）06-0100-02

0 引言

某電廠4臺(tái)發(fā)電機(jī)型號(hào)為WX21Z-073LLT，采用阿爾斯通技術(shù)生產(chǎn)的WX21Z系列空氣冷卻式發(fā)電機(jī)，視在功率為158 MVA，額定有功容量為135 MW，定子電壓為13.8 kV，定子電流為6 645 A，頻率為50 Hz，功率因素為0.85，轉(zhuǎn)子電壓為233 V，轉(zhuǎn)子電流為1 408 A，轉(zhuǎn)速為3 000 r/min，絕緣等級(jí)為F級(jí)，冷卻方式為空冷。于2006年8月投產(chǎn)運(yùn)行，至本起事故前運(yùn)行正常。

1 故障經(jīng)過(guò)

1.1 事故前發(fā)電機(jī)運(yùn)行工況

事故前，該廠4號(hào)發(fā)電機(jī)帶111.61 MW有功負(fù)荷（無(wú)功功率為22.96 MVAR）正常運(yùn)行，機(jī)組6 kV廠用母線電壓及機(jī)組所接入220 kV系統(tǒng)母線電壓無(wú)異常。主要運(yùn)行參數(shù)見(jiàn)表1。

1.2 事故經(jīng)過(guò)

2007年12月16日00時(shí)51分，在無(wú)任何事故先兆情況下，4號(hào)發(fā)變組及發(fā)電機(jī)差動(dòng)保護(hù)同時(shí)動(dòng)作，主變220 kV側(cè)開(kāi)關(guān)、高廠變6 kV側(cè)開(kāi)關(guān)及發(fā)電機(jī)滅磁開(kāi)關(guān)跳閘，聯(lián)動(dòng)關(guān)閉汽機(jī)主汽門(mén)及調(diào)門(mén)，機(jī)組甩負(fù)荷至零，廠用電快切裝置動(dòng)作6 kV廠用電切換至01號(hào)啟備變運(yùn)行。

事后，檢查發(fā)電機(jī)勵(lì)磁小室和出線小室有焦煳味，發(fā)電機(jī)勵(lì)端軸封及端蓋上部空氣濾過(guò)器有少量污垢噴出，初步判定發(fā)電機(jī)本體內(nèi)部發(fā)生故障。

2 檢查及修前試驗(yàn)

2.1 發(fā)電機(jī)檢查情況

發(fā)電機(jī)停機(jī)后，拆開(kāi)兩端端蓋及鋁環(huán)，查發(fā)電機(jī)定子端部及中性點(diǎn)三相引出線在發(fā)電機(jī)機(jī)殼穿墻位置6個(gè)軟連接及固定鏍柱表面有弧光燒損痕跡，固定導(dǎo)體的絕緣隔板、絕緣夾件表面沉積大量短路燒蝕殘留物。發(fā)電機(jī)機(jī)殼6根引出線三相弧光短路圖如1所示。

發(fā)電機(jī)抽出轉(zhuǎn)子后，進(jìn)入膛內(nèi)檢查。發(fā)現(xiàn)定子勵(lì)端有2根線棒絕緣破損，上、下層線棒各1根。破損線棒為定子A相繞組尾部線棒，面對(duì)發(fā)電機(jī)端部6點(diǎn)鐘位置，第3、4道綁線之間，破損長(zhǎng)度約200 mm。同時(shí)，發(fā)電機(jī)勵(lì)端軸封吸入少量5號(hào)瓦漏油漬混合物，吸附在定子線棒和鐵芯表面，但未發(fā)現(xiàn)外來(lái)金屬物件和其他異物。

2.2 發(fā)電機(jī)修前試驗(yàn)

對(duì)固定定子出線用的絕緣隔板、絕緣夾件的表面簡(jiǎn)單清理后，對(duì)定子進(jìn)行絕緣測(cè)試，以排除是否有其他故障點(diǎn)。絕緣測(cè)試時(shí)，采用將上、下層表面包錫紙加壓試驗(yàn)的辦法，測(cè)得絕緣電阻大于4 G。證明故障點(diǎn)的絕緣隔板、絕緣夾件的絕緣性能良好。

拆除發(fā)電機(jī)定子端部引線，對(duì)發(fā)電機(jī)本體開(kāi)展絕緣電阻及直流耐壓試驗(yàn)。發(fā)電機(jī)定子絕緣正常，泄漏電流出現(xiàn)明顯偏差。試驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)其他故障點(diǎn)。絕緣電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2，直流耐壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

2.3 錄波器波型分析

查錄波器，波形顯示發(fā)電機(jī)出線C相（+70.2 V時(shí)）首先接地短路，約1 ms后AC兩相短路，此時(shí)B相電壓瞬時(shí)值過(guò)零點(diǎn)未發(fā)生短路。約3 ms后，當(dāng)B相、C相二次對(duì)地電壓分別達(dá)到-65 V和+60 V時(shí)，絕緣再次擊穿，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)定子三相弧光短路。發(fā)電機(jī)故障時(shí)電流電壓波形圖如圖2所示，C相接地時(shí)各相對(duì)地電壓瞬時(shí)值見(jiàn)表4。

表4中，u指接地瞬間，定子一次電壓瞬時(shí)值；ue指發(fā)電機(jī)額定相電壓（峰值）。

當(dāng)定子C相對(duì)地瞬時(shí)電壓達(dá)到其額定相電壓（峰值）86%左右即9.69 kV時(shí)發(fā)生放電接地。發(fā)電機(jī)定子C相出線絕緣嚴(yán)重破壞，無(wú)法承受正常運(yùn)行電壓。

3 原因分析

故障點(diǎn)絕緣擊穿，必須滿(mǎn)足固定定子出線的絕緣夾件、絕緣隔板絕緣相繼破壞2個(gè)條件。絕緣夾件和絕緣板由環(huán)氧樹(shù)脂組合而成，夾件縫隙墊有聚砜氈適形材料。根據(jù)事后對(duì)絕緣夾件和絕緣板試驗(yàn)絕緣正常，因此初步推斷絕緣夾件縫隙聚砜氈材料絕緣異常。

經(jīng)查，基建發(fā)電機(jī)定子端部引線安裝過(guò)程中，為確保聚砜氈材料不變形，安裝人員先將聚砜氈涂抹環(huán)氧樹(shù)脂膠再進(jìn)行安裝。環(huán)氧樹(shù)脂膠采用自然通風(fēng)晾干方式。受基建安裝影響，環(huán)氧樹(shù)脂膠在晾干過(guò)程中，鐵磁性物件（主要是細(xì)焊渣）飄落在環(huán)氧樹(shù)脂表面。金屬性雜質(zhì)隨環(huán)氧樹(shù)脂膠晾干固化在聚砜氈表面。常規(guī)吹掃手段無(wú)法有效清理。

發(fā)電機(jī)制造廠試驗(yàn)項(xiàng)目中未要求測(cè)試絕緣夾件的絕緣性能，運(yùn)維人員對(duì)絕緣夾件結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)不充分，在開(kāi)展發(fā)電機(jī)定子手包絕緣試驗(yàn)項(xiàng)目中未安排絕緣夾件縫隙測(cè)試內(nèi)容，造成聚砜氈表面長(zhǎng)期存在絕緣隱患。

又由于該發(fā)電機(jī)5號(hào)瓦長(zhǎng)期滲油，漏油漬混合物經(jīng)軸封吸入發(fā)電機(jī)膛內(nèi)，飄落并黏附在絕緣隔板表面，累積一定時(shí)間后與存在隱患的絕緣夾件縫隙聚砜氈材料共同作用，導(dǎo)致定子出線C相的爬電通道，造成滑閃放電，引發(fā)三相弧光短路。

4 處理方案

4.1 發(fā)電機(jī)修復(fù)

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查及綜合分析，確定發(fā)電機(jī)定子修復(fù)方案：上層故障線棒拆除更換、下層線棒補(bǔ)焊修復(fù)。由于1根故障線棒在下層，需拆除3根上層疊壓線棒（含上層破損線棒）。同時(shí)更換發(fā)電機(jī)定子出線6根軟連接、固定導(dǎo)體絕緣夾件及絕緣隔板。

下層故障破損線棒修補(bǔ)：撥開(kāi)4根線棒端部并頭套和外包絕緣、焊開(kāi)線棒端部連線，取出上層3根線棒槽楔，拆卸出線棒。徹底清理下層故障破損線棒，現(xiàn)場(chǎng)補(bǔ)焊并修復(fù)破損部位絕緣，重新包扎噴導(dǎo)電漆及覆蓋漆，進(jìn)行烘烤。對(duì)修補(bǔ)的線棒進(jìn)行交、直流耐壓試驗(yàn)。

更換上層3根定子線棒，處理工序主要包括以下幾個(gè)方面：對(duì)新的3根線棒在下線前進(jìn)行交、直流耐壓試驗(yàn)；新線棒下線；回裝新槽楔；下線后的交流耐壓試驗(yàn)；新線棒端部銀焊連接；測(cè)量繞組直流電阻；新線棒端部絕緣包扎；新線棒綁繩樹(shù)脂浸漆并烘干固化；噴導(dǎo)電漆及覆蓋漆；整體烘烤；發(fā)電機(jī)定子直流耐壓、交流耐壓、起暈試驗(yàn)及外移電位測(cè)試等高壓試驗(yàn)。

4.2 完善發(fā)電機(jī)絕緣監(jiān)督項(xiàng)目及高壓試驗(yàn)方法，取得良好效果

本次事故后，該電廠完善了發(fā)電機(jī)絕緣監(jiān)督試驗(yàn)項(xiàng)目，將發(fā)電機(jī)手包絕緣試驗(yàn)列為發(fā)電機(jī)定期監(jiān)督的高壓試驗(yàn)項(xiàng)目。同時(shí)，對(duì)發(fā)電機(jī)高壓試驗(yàn)方法進(jìn)行總結(jié)和完善，手包絕緣試驗(yàn)項(xiàng)目，除原有對(duì)定子端部線棒、并頭套及引線接頭等試驗(yàn)內(nèi)容外，新增加絕緣平板測(cè)試項(xiàng)目，確保絕緣監(jiān)督無(wú)死角。

該廠按照完善發(fā)電機(jī)絕緣監(jiān)督項(xiàng)目及高壓試驗(yàn)方法，對(duì)其他3臺(tái)發(fā)電機(jī)進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)排查。通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)，3號(hào)發(fā)電機(jī)B相絕緣夾件縫隙處外移電位超過(guò)8 000 V，定子B相對(duì)地絕緣僅依靠絕緣隔板勉強(qiáng)維持。現(xiàn)場(chǎng)清除聚砜氈表面環(huán)氧樹(shù)脂膠固化物，復(fù)測(cè)外移電位約490 V，排除了一項(xiàng)重大安全隱患。

4.3 加強(qiáng)設(shè)備檢查及維護(hù)，提高發(fā)電機(jī)運(yùn)行安全性和可靠性

該廠通過(guò)本次事故總結(jié)，在發(fā)電機(jī)運(yùn)行期間，要定期檢查并及時(shí)消除軸瓦漏油缺陷，防止造成對(duì)發(fā)電機(jī)定子絕緣的破壞。在檢修期間，定期檢查發(fā)電機(jī)定子線棒、引線，及時(shí)吹掃并清洗定子繞組。將起暈試驗(yàn)、手包絕緣試驗(yàn)列入重點(diǎn)絕緣監(jiān)督試驗(yàn)項(xiàng)目。

5 結(jié)語(yǔ)

該廠4號(hào)發(fā)電機(jī)在完成定子接地短路故障的處理后，一直穩(wěn)定運(yùn)行。2013年3月，發(fā)電機(jī)大修解體檢查，定子線棒運(yùn)行情況良好，說(shuō)明故障處理方式及工藝完全滿(mǎn)足設(shè)備安全運(yùn)行要求。同時(shí)，該電廠完善后的發(fā)電機(jī)絕緣監(jiān)督項(xiàng)目及高壓試驗(yàn)方法也為同型發(fā)電機(jī)避免類(lèi)似事故提供借鑒。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]中國(guó)國(guó)電集團(tuán)公司.電力系統(tǒng)25項(xiàng)重大反事故措施[M].北京：中國(guó)電力出版社，2015.

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[3]DL/T 769—2001，電力系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)則[S].

[4]賀家李，宋從矩.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)原理[M].北京：中國(guó)電力出版社，1994.

[5]熊信銀.發(fā)電廠電氣部分[M].北京：中國(guó)電力出版社，2004.

[6]張忠海，黃魯斌，高中來(lái)，等.WX21Z-073LLT型135 MW大容量空冷汽輪發(fā)電機(jī)的研制[J].大電機(jī)技術(shù)，2001（4）：9-12，16.

[責(zé)任編輯：鐘聲賢]