發(fā)電機(jī)定子設(shè)備絕緣擊穿故障分析及處理

方世祿

(四川華能寶興河水電有限責(zé)任公司，四川雅安 625000)

1 概述

近年，水力發(fā)電行業(yè)快速發(fā)展，但在各電站機(jī)組運(yùn)行中時(shí)常出現(xiàn)定子絕緣擊穿事故，因此，準(zhǔn)確找出事故原因并迅速做出搶修措施對(duì)電站的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有非常重要的作用。筆者介紹了某電站2#機(jī)組出現(xiàn)的定子絕緣擊穿故障的原因及處理方法。

2 機(jī)組概況

該水電站是以發(fā)電為主的高水頭中型引水式電站，共裝三臺(tái)混流式機(jī)組?？傃b機(jī)容量為3×65 MW。其主要性能指標(biāo):

發(fā)電機(jī)型號(hào):SF-J65-12/4430;發(fā)電機(jī)額定容量:65 MW/72.2 MVA;發(fā)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行最大容量(將功率因數(shù)提高至1運(yùn)行):72.2 MW;欠勵(lì)時(shí)對(duì)空載長(zhǎng)線的最大充電容量:40 MVar;發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行深度:0.95;短路比:不小于1。

繞組形式:2Y，共234槽，每相78槽，每相上下層共156根線棒，3相共計(jì)468根線棒。

電抗:縱軸同步電抗Xd(飽和值/不飽和值)≤0.948/1.053(標(biāo)么值);縱軸暫態(tài)電抗Xd’(飽和值/不飽和值)≤0.189/0.231(標(biāo)么值);縱軸次暫態(tài)電抗Xd"(飽和值/不飽和值)≥0.157/0.189(標(biāo)么值);橫軸次暫態(tài)電抗Xq"與Xd"的比值應(yīng)為1.12。

3 故障經(jīng)過及原因分析

3.1 絕緣擊穿故障的發(fā)生過程

2009年11月9日，該電站2#機(jī)組進(jìn)入72 h試運(yùn)行。在試運(yùn)行階段，2#機(jī)組出口隔離刀閘AB相短路，進(jìn)而發(fā)展成三相短路，經(jīng)過檢修及維護(hù)人員的處理，對(duì)2#機(jī)組出口隔離刀閘損壞部分進(jìn)行了更換，檢查合格后恢復(fù)了72 h 試運(yùn)行。在試運(yùn)行及之后的商業(yè)運(yùn)行階段，機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)良好，未發(fā)生任何故障與事故，機(jī)組各項(xiàng)指標(biāo)均在主機(jī)制造廠家的技術(shù)說明書的要求以內(nèi)(圖1、2)。

圖1 短路時(shí)2#機(jī)組定子電流波形圖

圖2 短路時(shí)2#機(jī)組定子電壓波形圖

2010年4月10日，該電站2#發(fā)電機(jī)定子線棒絕緣在小修中進(jìn)行2 Un 直流耐壓試驗(yàn)時(shí)，定子線棒下端部絕緣連續(xù)擊穿，共擊穿16根線棒，擊穿部位均在下端部直線部位距槽口1～4 cm 處(表1、圖3)。

表1 故障后對(duì)部分擊穿線棒進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

圖3 A 相117號(hào)槽上層擊穿點(diǎn)示意圖

3.2 絕緣擊穿原因分析

筆者對(duì)引起該電站絕緣擊穿故障可能的原因進(jìn)行了分析并做出了評(píng)估。常見的原因如下:

(1)過度的機(jī)械振動(dòng)。未發(fā)現(xiàn)線棒和線圈端部的磨損，因此，過度的機(jī)械振動(dòng)引起擊穿的原因可能性低。

(2)隔離開關(guān)燒毀并三相短路。數(shù)據(jù)顯示A相短路電流最高，這與A 相線棒擊穿最多是一致的(圖4)。

圖4 短路時(shí)2#機(jī)組出口隔刀燒毀示意圖

(3)下線操作質(zhì)量低?，F(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)擊穿的線棒大多分布在合縫周圍;端部發(fā)現(xiàn)未浸漬的綁扎，因此，下線操作質(zhì)量導(dǎo)致絕緣被擊穿的可能性高(圖5)。

圖5 發(fā)現(xiàn)未浸漬的綁扎帶

(4)絕緣材料的質(zhì)量問題。線棒均已通過先前所有的耐壓試驗(yàn)，故由絕緣材料引起的絕緣被擊穿的可能性低。

(5)打槽楔時(shí)有可能造成線棒損傷。檢查時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)其他線棒上有外部損壞。因此，該原因可能性低。

(6)槽側(cè)墊條過短。檢查時(shí)沒有發(fā)現(xiàn)擊穿的線棒上有外傷。故槽側(cè)墊條過短的可能性低。

(7)化學(xué)污染。檢查發(fā)現(xiàn)，故障后有氧化鐵和粉塵出現(xiàn)，但測(cè)量結(jié)果顯示，絕緣值和極化指數(shù)均在規(guī)定范圍內(nèi)。故其引起故障發(fā)生的可能性低。

根據(jù)以上各種可能性分析得出了最終原因:該電站定子絕緣線棒擊穿的根本性原因?yàn)?機(jī)組突然短路時(shí)線棒端部未浸漬的綁扎強(qiáng)度不足，導(dǎo)致線棒易損;單相短路沖擊使端部受力更加惡劣。

4 故障處理及恢復(fù)

4.1 臨時(shí)恢復(fù)

為了使2#機(jī)組能較快地進(jìn)行發(fā)電運(yùn)行，決定先對(duì)2#機(jī)組進(jìn)行臨時(shí)恢復(fù)發(fā)電。為保證安全運(yùn)行，需進(jìn)行必要的試驗(yàn)和處理以及保護(hù)定值的調(diào)整，具體如下:

(1)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)參照中華人民共和國(guó)電力工業(yè)部電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 596《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》。

(2)拆除故障線圈后，留在槽內(nèi)的繞組按照1.4 Un=19.3 kV 進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。

(3)下線前的新線棒按照:2.75 Un +2.5=40.45 kV 進(jìn)行交流耐壓。拆除后的舊線棒下線前按照25 kV 進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。

(4)下層線圈下線后按照0.75(2.5 Un +2)=27.4 kV 進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。

(5)對(duì)定子整體按照2 Un=27.6 kV 進(jìn)行直流泄漏試驗(yàn)、按照1.3 Un=17.94 kV 進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)。

(6)嵌回槽內(nèi)的新線棒盡量放在高電位槽，回裝的舊線棒盡量放在低電位槽。

(7)在臨時(shí)恢復(fù)過程中，為增強(qiáng)定子端部的穩(wěn)定性，對(duì)槽內(nèi)側(cè)面墊條填充完整;新下線棒綁扎繩要求均勻浸漬室溫固化絕緣膠，綁扎牢固后再在其表面涂刷室溫固化絕緣膠;對(duì)定子端部及定子線棒上、下層之間的舊綁扎帶進(jìn)行注膠;在定子上、下層線棒加設(shè)槽口墊塊并綁扎固定，綁扎繩要求均勻浸漬室溫固化絕緣膠，綁扎牢固后再在其表面涂刷室溫固化絕緣膠。

(8)臨時(shí)恢復(fù)運(yùn)行后，對(duì)2#機(jī)組發(fā)電機(jī)保護(hù)定值進(jìn)行調(diào)整:

①過壓保護(hù)定值調(diào)整為1.2 Un，時(shí)限0.1 s(原為1.3 Un，時(shí)限0.3 s)。②定子一點(diǎn)接地保護(hù)時(shí)限調(diào)整為0.2 s(原為5.5 s)，三次諧波比率系數(shù)調(diào)整為1.3倍(原為1.5倍)。③啟機(jī)試驗(yàn)時(shí)機(jī)組空載升壓電壓不超過1.1 Un。④發(fā)電機(jī)復(fù)合電壓過流保護(hù)過流I 段時(shí)限調(diào)整為0.5 s(原為2.2 s)，過流II 段調(diào)整為1 s(原為2.7 s，需與主變后備保護(hù)時(shí)限配合)。

(9)建議盡量減少2#機(jī)組起停機(jī)組的次數(shù)。將2#機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行控制在穩(wěn)定運(yùn)行負(fù)荷區(qū)(80%額定負(fù)荷左右)。

(10)針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)備品線棒數(shù)量不夠的情況，對(duì)損壞的線棒委托專門的制造商盡快進(jìn)行修復(fù)。

4.2 永久恢復(fù)

為使2#機(jī)組長(zhǎng)期安全運(yùn)行，對(duì)2#機(jī)組進(jìn)行了永久恢復(fù)。2#機(jī)組定子絕緣故障永久恢復(fù)方案要求更換全部定子線棒。明確在下線時(shí)的工藝要求為:上、下層間墊條需伸出鐵芯，槽內(nèi)側(cè)面墊條需填充完整。槽口需加裝槽口墊塊并綁扎牢固，上下層線棒之間增加層間軟端箍并綁扎牢固。所有綁扎線棒的綁扎繩要求均勻浸漬室溫固化絕緣膠，綁扎牢固后再在其表面涂刷室溫固化絕緣膠。在2#機(jī)組按永久方案修復(fù)后，按照新機(jī)組投運(yùn)的標(biāo)準(zhǔn)完成相關(guān)試驗(yàn)后再投入運(yùn)行。

關(guān)于1#、3#機(jī)組，均按照2#機(jī)組的相關(guān)要求進(jìn)行定子繞組端部固定結(jié)構(gòu)的完善，在大修時(shí)拔出適量的定子線棒抽樣進(jìn)行絕緣性能試驗(yàn)。

5 結(jié)語

綜上所述，該電站定子絕緣線棒擊穿的原因?yàn)?由于之前機(jī)組突然短路，使繞組產(chǎn)生過渡機(jī)械力，同時(shí)線棒端部未浸漬以及綁扎強(qiáng)度的不足，導(dǎo)致線棒易損(單相短路沖擊使端部受力更加惡劣)，使得在進(jìn)行耐壓試驗(yàn)時(shí)定子絕緣線棒被擊穿。因此，定子絕緣線棒下線的操作質(zhì)量非常重要，線棒綁扎需要嚴(yán)格按要求執(zhí)行。同時(shí)，機(jī)組短路對(duì)定子的沖擊影響較大，如出現(xiàn)機(jī)組短路故障，應(yīng)對(duì)機(jī)組絕緣做詳細(xì)檢查和試驗(yàn)，以防止運(yùn)行過程中出現(xiàn)絕緣擊穿事故。由于永久恢復(fù)需要較長(zhǎng)時(shí)間，因此，機(jī)組恢復(fù)可在保證安全的情況下先進(jìn)行臨時(shí)恢復(fù)，以達(dá)到最大的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行效益，在枯水期時(shí)再對(duì)機(jī)組進(jìn)行永久恢復(fù)。

［1］鐘建偉，李孝平.發(fā)電機(jī)定子絕緣故障查找及現(xiàn)場(chǎng)處理［J］.電工技術(shù)，2006，27(9):84-85.

［2］趙永春.200 MW 發(fā)電機(jī)定子絕緣故障及缺陷分析［J］.中國(guó)電力教育，2010，26(增1):305-306.