600MW汽輪發(fā)電機(jī)定子手包絕緣缺陷的發(fā)現(xiàn)與處理

楊俊義

本文介紹了一臺600MW大型水氫氫汽輪發(fā)電機(jī)定子端部引線接頭手包絕緣缺陷的發(fā)現(xiàn)過程，并簡要介紹了處理過程以及原因分析。

大型發(fā)電機(jī)連接線、引線接頭絕緣是重要部位之一，從以往系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電機(jī)定子繞組相間短路事故來看，其中引出線接頭手包絕緣問題占事故發(fā)生比例較大。因此，大型發(fā)電機(jī)連接線、引出線采用手包絕緣是一個值得高度重視的問題。公司#4發(fā)電機(jī)采用的是某汽輪發(fā)電機(jī)有限公司生產(chǎn)的QFSN-600-2型汽輪發(fā)電機(jī)，定子額定電壓20kV，冷卻方式為“水氫氫”，于2006年11月投產(chǎn)。在安裝交接試驗(yàn)過程中曾經(jīng)及時發(fā)現(xiàn)了發(fā)電機(jī)定子端部引線部位手包絕緣的缺陷，并成功進(jìn)行了處理，為日后機(jī)組安全可靠運(yùn)行奠定了良好的基礎(chǔ)。

缺陷的發(fā)現(xiàn)

發(fā)電機(jī)定子端部出線與出線室在現(xiàn)場連接后，由制造廠專業(yè)人員進(jìn)行絕緣包扎，故此處絕緣俗稱手包絕緣（見圖一）。包好后，為檢查該處絕緣的工藝質(zhì)量以及定子端部引線接頭（包括引水管錐體絕緣、隔相接頭、過渡引線并聯(lián)塊等）手包絕緣密實(shí)性和相對絕緣強(qiáng)度，需要對手包絕緣進(jìn)行表面電位外移測量試驗(yàn)。在上述手包絕緣處及過渡引線并接塊處包裹好錫箔紙，定子繞組三相并聯(lián)施加直流試驗(yàn)電壓20kV用100M標(biāo)準(zhǔn)測壓桿測量各處對地的電壓降，測量到出線接頭手包絕緣表面電位為：A相：90V、B相：70V、c相：60V（出線與中性點(diǎn)接頭并聯(lián)引出），其他測量點(diǎn)的表面電位均未超過150V。根據(jù)原“兩部”（電力工業(yè)部和機(jī)械工業(yè)部）1994年發(fā)布的“汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部手包絕緣狀態(tài)測量方法及標(biāo)準(zhǔn)評審會紀(jì)要”中的國產(chǎn)水氫氫汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組端部絕緣判斷推薦標(biāo)準(zhǔn)，新機(jī)投產(chǎn)前手包絕緣引線接頭及汽機(jī)側(cè)隔相接頭表面電位限值為1300V，上述測量值在合格范圍內(nèi)。

隨后進(jìn)行定子繞組直流泄漏試驗(yàn)，其測量數(shù)據(jù)如下：

從以上數(shù)據(jù)可以看出：發(fā)電機(jī)定子繞組B相在試驗(yàn)電壓50kV時直流泄漏電流出現(xiàn)拐點(diǎn)突然增大，60kV時直流泄漏電流達(dá)150A且隨耐壓時間的延長泄漏電流逐漸增大，相間泄漏電流極不平衡，超過了規(guī)程的規(guī)定值，上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明發(fā)電機(jī)定子繞組B相絕緣存在某種缺陷。從以往的經(jīng)驗(yàn)來看，各相泄漏電流相差過大，一般說明其缺陷部位遠(yuǎn)離鐵心，在定子端部或套管；泄漏電流隨時間的增長而升高，說明存在高阻性缺陷和絕緣分層、松弛或潮氣侵入絕緣內(nèi)部。

查找故障及處理過程

由于發(fā)電機(jī)定子繞組直流泄漏試驗(yàn)前的定子繞組端部表面電位外移試驗(yàn)所加試驗(yàn)電壓為20kV，可能不足以發(fā)現(xiàn)某些定子繞組端部的絕緣缺陷，現(xiàn)場專業(yè)技術(shù)人員商議，決定對B相進(jìn)行更高電壓下的定子繞組端部表面電位外移試驗(yàn)，以查明缺陷部位。對于發(fā)電機(jī)出線罩出線側(cè)和中性點(diǎn)側(cè)六個引線手包絕緣盒用絕緣導(dǎo)線引出方便測量，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表二，從表二的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)側(cè)手包絕緣處表面電位在試驗(yàn)電壓加到50kV時表面電位上升到20kV，而發(fā)電機(jī)出線側(cè)手包絕緣在試驗(yàn)電壓加到50kV時表面電位僅上升到2kV，表明發(fā)電機(jī)定子繞組中性點(diǎn)B相出線接頭（見圖二，即圖中V2相）手包絕緣內(nèi)部存在缺陷，使得定子繞組電位外移到繞組絕緣表面，由此判斷發(fā)電機(jī)B相中性點(diǎn)側(cè)引線接頭手包絕緣不合格。

查找到絕緣缺陷后，隨即通知制造廠趕到現(xiàn)場對缺陷進(jìn)行確認(rèn)和處理。廠家人員到現(xiàn)場后，先將接頭絕緣盒包扎的玻璃絲帶剝開，對表面進(jìn)行清理，然后包扎硅橡膠帶，外包玻璃絲帶后刷環(huán)氧漆，干燥后進(jìn)行高電壓下的電位外移試驗(yàn)，當(dāng)試驗(yàn)電壓加到56kV時，外移電位已達(dá)到50kV左右，并在錫箔紙?zhí)幇殡S較大的放電聲，上述處理方法是失敗的。

接著廠家人員將外包玻璃絲帶及填充物全部清除干凈，發(fā)現(xiàn)絕緣盒內(nèi)部絕緣帶包扎不均勻，并且內(nèi)部填料沒有完全固化（手感發(fā)軟），屬于絕緣包扎工藝不到位。

找到問題的癥結(jié)后，廠家人員按照手包工藝要求重新對接頭絕緣進(jìn)行處理，再進(jìn)行干燥，絕緣徹底烘干后，再做一次表面電位對比測試，表面電位符合標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)行直流泄漏電流試驗(yàn)表明三相平衡（見表三），試驗(yàn)合格。

問題分析

對上述問題進(jìn)行分析，先需要了解發(fā)電機(jī)定子引出線與瓷套端子連接處絕緣處理方法（見圖三所示），定子端部出線與出線室處手包絕緣處理方式與此相同。

該處絕緣的處理方法：1、清理連接部分。2、用浸53841YR膠的滌綸氈蓋包接線夾把合螺栓頭和螺母，以鎖緊螺栓和螺母，同時將螺栓、螺母、引線夾等部件不規(guī)則表面和臺階填平，以消除氣隙并形成規(guī)則包扎面。3、用15層半疊繞0.14×25云母帶9545-1H包扎形成主絕緣。包扎時層間刷53841YQ膠，并注意拉緊帶子，避免臃腫。包扎到絕緣引水管上時必須包過管夾80ram。4、最外層半疊繞1層0.1x25玻璃絲帶，并刷53841YQ膠覆蓋。5、固化12小時后外面刷1層9310紅瓷漆。

據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計國產(chǎn)大型汽輪發(fā)電機(jī)普遍存在由于有引線手包絕緣整體性差，線棒端部鼻端絕緣盒填充不滿，絕緣盒與線棒主絕緣末端及引水管搭接處絕緣處理不當(dāng)，綁扎用的滌玻繩固化不良以及端部固定薄弱等工藝缺陷，在運(yùn)行中易發(fā)生端部短路故障。為了檢測定子繞組端部絕緣缺陷，所以需要做定子繞組端部局部泄漏電流和表面電位試驗(yàn)。但對于絕緣缺陷距地較遠(yuǎn)處的檢測靈敏度，試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中要求的表面電位外移測量試驗(yàn)存在一定的局限性，由于所加試驗(yàn)電壓較低，使一些缺陷不能暴露出來。

從上述有關(guān)試驗(yàn)表明，發(fā)電機(jī)定子繞組出廠時已經(jīng)試驗(yàn)合格，出線小室（包括部分引線以及出線套管）也在制造廠內(nèi)進(jìn)行了絕緣試驗(yàn)并且一定是合格的，發(fā)電機(jī)各部件運(yùn)輸途中也未出現(xiàn)大的碰撞和損傷，查找泄漏電流偏大原因，最有可能是現(xiàn)場手包的引線接頭絕緣盒未包好，存在絕緣缺陷，由于手包絕緣完成后的電位外移試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓僅為20kV，絕緣體內(nèi)部氣隙上所加的電壓未達(dá)到空氣游離的電壓，故不足以發(fā)現(xiàn)此處的缺陷。

實(shí)際上定子繞組B相絕緣存在缺陷是通過第一次發(fā)電機(jī)定子繞組直流泄漏試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的，試驗(yàn)電壓已施加到額定電壓的3倍達(dá)到60kV時，測量到B相泄漏電流與其它兩相相比較明顯偏大，B相泄漏電流為A相的8.8倍、c相的5.8倍，大大超過規(guī)程允許值，且泄漏電流隨耐壓試驗(yàn)時間的延長逐步增長，由此可以判斷發(fā)電機(jī)B相絕緣有問題。

查找故障點(diǎn)過程中對發(fā)電機(jī)定子繞組B相手包絕緣進(jìn)行更高電壓下的表面電位檢查，電壓加大到50kV后，發(fā)電機(jī)表面電位有突變，證明手包絕緣內(nèi)部在包扎過程中遺留的缺陷（即空隙或氣泡），運(yùn)用電介質(zhì)理論分析絕緣內(nèi)部存在空隙或氣泡，在升壓過程中這些氣隙處承受電壓作用，當(dāng)電壓達(dá)到其游離電壓時，氣隙中的空氣電離便產(chǎn)生局部放電，隨著承受電壓的升高，局部放電越來越強(qiáng)烈，使絕緣性能下降，絕緣性能下降又導(dǎo)致局部放電的加劇，最終導(dǎo)致絕緣在一定電壓值擊穿，電位隨之外移至絕緣外表面。隨電壓的升高表面電位值逐步提高，隨后的試驗(yàn)表明隨著加壓次數(shù)的增多，絕緣性能還會逐步下降，以至最后發(fā)展到絕緣擊穿。

綜上所述，進(jìn)行表面電位外移測量試驗(yàn)對發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)手包絕緣缺陷是一個較好的手段，表面電位測試法能有效發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)端部線圈引線處、引線接頭處等部位手包絕緣因材質(zhì)不佳、包纏工藝不良、受潮引發(fā)的絕緣不良以及絕緣老化等缺陷。但由于試驗(yàn)電壓采用標(biāo)準(zhǔn)所要求的發(fā)電機(jī)額定電壓，還不能使絕緣中空隙或氣泡中的空氣游離導(dǎo)電，因而這樣條件下的表面電位外移試驗(yàn)還不能暴露絕緣的缺陷。因此該試驗(yàn)不能替代直流泄漏試驗(yàn)，需要結(jié)合兩個試驗(yàn)結(jié)果來綜合判斷手包絕緣是否存在缺陷。