紫坪鋪電廠2號(hào)機(jī)組定子絕緣擊穿處理

唐 永 鋼， 尹 沖， 張 璇

(四川省紫坪鋪開發(fā)有限責(zé)任公司，四川 成都 610091)

0 引 言

紫坪鋪電廠2號(hào)機(jī)組在2005年12月安裝階段進(jìn)行定子交流耐壓時(shí)，A相146槽下層線棒槽口墊塊處發(fā)生絕緣擊穿，經(jīng)檢查原因?yàn)榫€棒制造缺陷所致。2006年1月，更換A相146槽下層線棒后交流耐壓試驗(yàn)仍未通過，檢查發(fā)現(xiàn)定子B相187槽下層線棒上端部絕緣擊穿。鑒于出現(xiàn)兩次線棒擊穿現(xiàn)象，隨后對(duì)2號(hào)機(jī)組定子線棒進(jìn)行了全面修復(fù)，處理后定子交流耐壓試驗(yàn)合格。紫坪鋪電廠2號(hào)機(jī)組于2006年2月投運(yùn)至今，分別在2008年和2012年進(jìn)行了B修和A修作業(yè)，每次定子交流耐壓試驗(yàn)合格。

1 定子繞組絕緣擊穿過程

2017年11月1日，紫坪鋪電廠2號(hào)機(jī)組進(jìn)行A修作業(yè)，依據(jù)DL/T596-1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》相關(guān)要求，進(jìn)行發(fā)電機(jī)修前預(yù)防性試驗(yàn)，按照定子繞組絕緣電阻、定子繞組直流電阻、定子繞組泄漏電流和直流耐壓、定子繞組交流耐壓、定子繞組交流耐壓后絕緣電阻的試驗(yàn)順序依次進(jìn)行，前三項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格。進(jìn)行第四項(xiàng)定子繞組交流耐壓時(shí)，定子A相繞組加壓到19.8 kV時(shí)(試驗(yàn)電壓應(yīng)為20.7 kV)，定子發(fā)出“啪、啪、啪”放電聲，交流耐壓試驗(yàn)設(shè)備保護(hù)動(dòng)作跳閘。切除試驗(yàn)設(shè)備電源后，測(cè)量A相定子繞組絕緣電阻為0，判定A相線棒擊穿。

2 定子線棒絕緣擊穿后檢查及備件準(zhǔn)備情況

2017年11月2日，對(duì)2號(hào)機(jī)定子繞組B、C相進(jìn)行交流耐壓檢查，B、C相試驗(yàn)電壓20.7 kV持續(xù)1 min通過，耐壓后絕緣電阻測(cè)量合格。試驗(yàn)證明，B、C相繞組正常。

備品備件準(zhǔn)備：首先依據(jù)“水輪發(fā)電機(jī)設(shè)備說明書”列出定子線棒處理所需材料清單，隨后對(duì)現(xiàn)有材料備件進(jìn)行復(fù)核，并及時(shí)聯(lián)系生產(chǎn)廠家提供所缺材料。現(xiàn)場(chǎng)備用線棒數(shù)量共78根，依據(jù)DL/T596-1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》相關(guān)要求抽檢14根[1]，合格率100%。

3 查找故障點(diǎn)

2017年11月6日，通過“夜間加壓觀察法”查找定子線棒故障點(diǎn)。在發(fā)電機(jī)內(nèi)部均勻分布6人監(jiān)視加壓過程，A相繞組首次通電即出現(xiàn)放電聲，交流耐壓試驗(yàn)設(shè)備保護(hù)動(dòng)作跳閘，第二次通電檢查發(fā)現(xiàn)放電點(diǎn)位于定子208槽中部位置，但無法明確上層還是下層線棒擊穿。

2017年11月8日，拆除208槽線棒上下端部絕緣盒，將208槽線棒并頭塊固化的環(huán)氧膠清理干凈，使用乙炔焊對(duì)并頭塊加溫，使焊縫融化，拆除并頭塊。使用乙炔焊時(shí)用濕潤的石棉布包裹相鄰絕緣盒及線棒漏出鐵芯的部分，并不時(shí)加水冷卻，防止燒傷相鄰設(shè)備。拆除208槽槽楔、斜楔、波紋板等，拔出208槽上層線棒后，檢查發(fā)現(xiàn)208槽上層線棒中部有明顯放電痕跡、表面絕緣層有損傷現(xiàn)象(圖1)。為檢查A相其余線棒有無故障，拔出208槽上層線棒后，對(duì)A相剩余線棒進(jìn)行第三次交流耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓20.7 kV持續(xù)1 min通過，由此判定此次定子繞組絕緣擊穿故障點(diǎn)為208槽上層線棒。

4 定子線棒絕緣擊穿原因

圖1 208槽上層線棒絕緣層損傷點(diǎn)

造成發(fā)電機(jī)定子線棒絕緣擊穿的原因很多。

4.1 材料及制造方面

(1)國內(nèi)外大型發(fā)電機(jī)主絕緣材料承受電壓的基礎(chǔ)材料普遍使用粉云母紙，補(bǔ)強(qiáng)材料為玻璃布或滌綸纖維氈，粘合劑為環(huán)氧樹脂劑體系，耐熱等級(jí)為F級(jí)。分析比較國內(nèi)外云母帶的組分、主絕緣固化后的性能、絕緣結(jié)構(gòu)的介質(zhì)損耗、擊穿場(chǎng)強(qiáng)以及電老化壽命可知：國內(nèi)絕緣體系存在云母含量不高、絕緣結(jié)構(gòu)的耐電熱老化壽命不長等問題。

(2)由于制造工藝原因，定子繞組某些局部部位可能存在絕緣薄弱、不緊固或絕緣層間存在氣隙，發(fā)電機(jī)在運(yùn)行過程中如果氣隙間電壓達(dá)到間隙的擊穿電壓，便會(huì)發(fā)生故障放電，而且隨著發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)間的增長，絕緣層在熱、電、機(jī)械及環(huán)境等各種應(yīng)力的影響下，會(huì)進(jìn)一步劣化，最終導(dǎo)致絕緣層開裂、剝落、槽楔松動(dòng)，以及半導(dǎo)體墊條涂層功能喪失。

4.2 安裝方面

在線棒安裝過程中，打槽楔操作不當(dāng)可能損壞線棒絕緣層。另外，在裝壓定子鐵芯過程中，如果硅鋼片疊片不整齊，或者定子鐵芯通風(fēng)槽鋼及端部壓指壓裝固定不良，都會(huì)造成發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)發(fā)生振動(dòng)，磨損絕緣最終導(dǎo)致線圈和主絕緣被擊穿。4.3 檢修維護(hù)方面定子繞組在機(jī)組檢修時(shí)，由于起吊、搬運(yùn)和施工作業(yè)中受碰撞、刮擦，會(huì)使定子繞組發(fā)生局部或絕緣表面受傷，雖然在進(jìn)行絕緣試驗(yàn)時(shí)合格，但問題卻潛伏其中。

4.4 運(yùn)行環(huán)境方面

(1)碳刷粉塵、制動(dòng)風(fēng)閘粉末與軸承油槽油霧混合物吸入到發(fā)電機(jī)內(nèi)并附著在定子、轉(zhuǎn)子表面；其一，影響定子散熱，加速定子絕緣材料老化；其二，在定子線棒絕緣漆表面吸附的碳刷金屬粉塵與油霧形成了一種半導(dǎo)體的薄膜，這層薄膜和導(dǎo)線之間夾著絕緣，就像許多電容器并聯(lián)，在電壓的作用下，線棒端部形成電容電流回路，電容電流沿著絕緣表面由金屬粉塵等組成的導(dǎo)電路徑流向鐵芯，易使運(yùn)行中處于高電位的線棒槽口部位的半導(dǎo)體材料受熱老化。

(2)機(jī)組頻繁開機(jī)并網(wǎng)或受到電網(wǎng)系統(tǒng)沖擊時(shí)，沖擊電流產(chǎn)生的大電動(dòng)力將造成線棒在槽內(nèi)振動(dòng)，磨損線棒防暈層、主絕緣，導(dǎo)致定子線棒起暈。電暈產(chǎn)生熱效應(yīng)、臭氧，加劇損壞主絕緣中的有機(jī)物，逐漸發(fā)展就會(huì)使線棒絕緣損壞、擊穿。

(3)機(jī)組振動(dòng)過大，線棒與綁繩及間隔墊塊之間出現(xiàn)摩擦，防暈半導(dǎo)體層破壞發(fā)生電暈腐蝕，從而造成槽部和端部線圈主絕緣擊穿。特別是，2008年5月12日，距紫坪鋪電廠以西約17公里的汶川縣映秀鎮(zhèn)發(fā)生了里氏8.0級(jí)大地震，震中烈度達(dá)11度，強(qiáng)烈的振動(dòng)對(duì)機(jī)組絕緣可能造成一定隱患。2017年，紫坪鋪電廠已完成4臺(tái)機(jī)組的配重工作，現(xiàn)機(jī)組振動(dòng)情況已得到很大改善，運(yùn)行狀況良好。

(4)空冷式發(fā)電機(jī)，由于冷卻器的水溫要低于發(fā)電機(jī)內(nèi)部溫度，若發(fā)電機(jī)內(nèi)有較大的濕度時(shí)，機(jī)內(nèi)結(jié)露現(xiàn)象就容易出現(xiàn)。雖然機(jī)組運(yùn)行過程中結(jié)露現(xiàn)象不易發(fā)生，但如果出現(xiàn)機(jī)組停機(jī)時(shí)間過長時(shí)，就會(huì)由于結(jié)露導(dǎo)致發(fā)電機(jī)受潮，使發(fā)電機(jī)的絕緣性能降低。根據(jù)《立式水輪發(fā)電機(jī)使用維護(hù)說明書》有關(guān)要求，當(dāng)發(fā)電機(jī)長期停機(jī)時(shí)，必須采用一定的方法維持發(fā)電機(jī)內(nèi)部溫度不低于10℃。

根據(jù)線棒損傷現(xiàn)象和處理情況初步分析，外加本臺(tái)機(jī)組在投產(chǎn)初期安裝過程中做定子線棒整體耐壓試驗(yàn)時(shí)就出現(xiàn)過線棒擊穿的情況。故此次定子線棒絕緣擊穿的原因?yàn)椋?08槽上層線棒在安裝過程中受安裝工藝及機(jī)械外力的作用，線棒絕緣層受到部分損壞，造成該區(qū)域絕緣降低；且該機(jī)組于2006年投運(yùn)至今已十余年，運(yùn)行過程中受機(jī)組振動(dòng)、發(fā)熱老化、“5·12”汶川大地震等多重因素的影響，加劇了線棒絕緣老化、絕緣降低的速度；在額定電壓13.8 kV時(shí)能正常運(yùn)行，隱患不易暴露，當(dāng)試驗(yàn)電壓至19.8 kV時(shí)導(dǎo)致了該根定子線棒絕緣擊穿事件的發(fā)生。

5 定子線棒處理工藝流程

5.1 定子208槽線棒嵌入、并頭塊焊接及絕緣盒安裝

(1)對(duì)208槽上下部并頭塊進(jìn)行加熱矯形，矯形完后用砂紙對(duì)并頭塊進(jìn)行打磨除去表面的氧化層。

(2)打磨之前對(duì)該處及周圍區(qū)域做好防護(hù)，防止異物殘留在定子內(nèi)。

(3)安裝208槽底及兩側(cè)環(huán)氧玻璃布板。

(4)將試驗(yàn)合格的上層線棒嵌入槽內(nèi)，調(diào)整好線棒上下距離，位置調(diào)整好后，現(xiàn)場(chǎng)自制木楔，將線棒撐起防止線棒向下位移。

(5)在線棒和并頭塊間放兩層銀焊片，用大力鉗將并頭塊和線棒夾緊，用兩把火焰槍對(duì)并頭塊進(jìn)行加熱焊接，對(duì)局部未焊到的區(qū)域用銀焊條進(jìn)行補(bǔ)焊，做到接觸邊飽滿，焊接前做好相鄰設(shè)備的防護(hù)工作。

(6)綁扎線棒間隔塊，安裝槽楔波紋板、打緊槽楔。打槽楔時(shí)，應(yīng)注意通風(fēng)溝的方向；槽楔下墊條伸出槽口的長度不得超越槽楔，尤其不允許與線棒高電阻半導(dǎo)體漆相碰；槽楔上通風(fēng)溝與鐵芯通風(fēng)溝的中心對(duì)齊，偏差不得大于3 mm；所有槽楔伸出鐵芯槽口長度應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，相互高差不大于5 mm；槽楔表面不得高出鐵芯內(nèi)圓表面。

(7)定子槽楔打完后，應(yīng)按照定子裝配要求，利用?2玻璃絲繩，對(duì)下端部槽楔進(jìn)行綁扎，綁扎后在?2玻璃絲繩表面涂刷792室溫固化膠。槽楔打完后徹底清掃檢查。

(8)絕緣盒安裝：用絕緣盒灌注膠J0978(A、B組份100:12攪拌均勻，重量比)與云母粉混合在一起現(xiàn)場(chǎng)配制的絕緣膩?zhàn)?，絕緣膩?zhàn)觿偤貌涣鲃?dòng)為宜。使用封堵泥將上部絕緣盒封堵，下部絕緣盒使用支撐調(diào)整合適高度。灌注膠注入前使用塑料布、破布等對(duì)線棒端部及下機(jī)架機(jī)坑地面進(jìn)行防護(hù)，避免灌注膠滴落。待灌注膠固化后，拆除所有支撐及防護(hù)。注灌注膠時(shí)需及時(shí)清理流出的膠，避免多余的膠流入低阻段。進(jìn)行絕緣盒澆灌時(shí)，應(yīng)一次性灌滿。

5.2 預(yù)防性試驗(yàn)

待絕緣膩?zhàn)幽谈稍锖?，?duì)2號(hào)機(jī)組A相進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓20.7 kV持續(xù)1 min通過，耐壓后絕緣電阻、吸收比及極化指數(shù)測(cè)量合格。

6 結(jié) 語

發(fā)電機(jī)定子繞組是發(fā)電機(jī)的核心部件，一旦發(fā)生絕緣擊穿故障，因定子繞組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工藝繁鎖，現(xiàn)場(chǎng)施工條件限制多，恢復(fù)難度極大。此次紫坪鋪電廠2號(hào)機(jī)組檢修過程中定子絕緣擊穿事件，通過故障點(diǎn)查找、更換線棒后，消除了設(shè)備嚴(yán)重缺陷，對(duì)水輪發(fā)電機(jī)的絕緣故障處理積累了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)；同時(shí)，又對(duì)我們?cè)诮窈蟮墓ぷ髦刑岢隽烁咭螅谶M(jìn)行設(shè)備安裝、維護(hù)、驗(yàn)收時(shí)，需嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備技術(shù)資料進(jìn)行操作，加強(qiáng)質(zhì)量控制，提高設(shè)備可靠性，確保機(jī)組連續(xù)安全可靠運(yùn)行。