水電站發(fā)電機(jī)定子線圈燒斷事故分析與處理

朱 云 新， 荀 國

(1.長委陸水樞紐工程局機(jī)電安裝工程處，湖北 赤壁 437302；2.武漢市陸水自動控制技術(shù)有限公司，湖北 赤壁 437302)

1 概 況

某水電站新安裝一臺軸流轉(zhuǎn)漿式機(jī)組，發(fā)電機(jī)型號為SF14.5-32/5100，裝機(jī)容量14.5 MW，轉(zhuǎn)輪直徑φ3.4m，額定轉(zhuǎn)速187.5 r/min，設(shè)計(jì)總引水流量146.5 m3/s，多年平均發(fā)電量10 141萬kWh，年利用小時(shí)數(shù)4 316 h。該機(jī)組于2013年6月19日整體安裝完成，24日凌晨4:30完成啟動試運(yùn)行相關(guān)試驗(yàn)后，機(jī)組正式進(jìn)入72 h試運(yùn)行。

2 事故現(xiàn)象及檢査

2.1 事故現(xiàn)象

2013年6月24日下午4:00左右，新裝機(jī)組有功負(fù)荷由5.1 MW調(diào)整至10.3 MW，運(yùn)行約7分鐘左右，施工項(xiàng)目部試運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)受油器頂罩、發(fā)電機(jī)上蓋板進(jìn)人孔處有煙霧及異味飄出，遂緊急停機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)定子-x與+y方向，線圈上端部有一處線圈被燒毀，大量黑灰噴濺到轉(zhuǎn)子及上擋風(fēng)板上，周邊火災(zāi)報(bào)警的感溫及感煙探頭、測溫導(dǎo)線也被燒毀(圖1)。

2.2 事故檢查

事故發(fā)生后，業(yè)主召集施工項(xiàng)目部、自動化監(jiān)控、保護(hù)廠家及設(shè)備廠家共同勘察了事故現(xiàn)場，查閱了發(fā)電機(jī)制造廠交接試驗(yàn)報(bào)告及啟動試運(yùn)行報(bào)告，討論和分析了事故發(fā)生原因。

3 事故原因分析

3.1 制造廠線棒接頭焊接質(zhì)量問題

在對定子線圈燒毀部位檢查時(shí)，剝離出一段一端燒斷而另一端斷口光滑、無焊接痕跡的銅線棒，據(jù)此判斷造成事故的主要原因?yàn)闄C(jī)組制造廠家在定子線棒接頭焊接時(shí)未按照工藝要求進(jìn)行施工，定子線棒上端頭部分線棒接頭漏焊、搭接長度不夠或焊接不良造成接觸面積不夠，導(dǎo)致接觸電阻過大，運(yùn)行時(shí)電流密度過大，機(jī)組帶小負(fù)荷時(shí)雖有發(fā)熱但不至于損壞線棒間絕緣，但一旦增大負(fù)荷發(fā)熱嚴(yán)重后引起接頭部位溫度過高造成線圈棒絕緣損壞并擊穿，形成A相線圈匝間短路，直接導(dǎo)致定子A相線圈局部燒斷事故。

圖1 發(fā)電機(jī)定子線圈燒毀情況

3.2 交接試驗(yàn)時(shí)對異常數(shù)據(jù)的疏忽

(1)定子線圈是機(jī)組設(shè)備廠家在現(xiàn)場組裝完成試驗(yàn)合格并移交業(yè)主后由施工項(xiàng)目部負(fù)責(zé)安裝的，經(jīng)查閱廠家現(xiàn)場交接試驗(yàn)報(bào)告，發(fā)現(xiàn)定子繞組直流耐壓試驗(yàn)中試驗(yàn)電壓達(dá)到發(fā)電機(jī)額定電壓的3倍時(shí)A相直流泄漏電流略大于B、C相電流，其中A相：52 μA 、B相：34 μA 、C相：28 μA，根據(jù)《GB 50150 電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》里規(guī)定的各相泄漏電流(定子三相繞組泄漏電流反映定子繞組的絕緣狀況，泄漏電流越大反映絕緣程度越差)的差值不應(yīng)大于最小值的 100%，試驗(yàn)結(jié)果滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，但合格值已達(dá)臨界，且由于交流耐壓試驗(yàn)合格，所以沒有引起施工項(xiàng)目部調(diào)試人員的注意，機(jī)組繼續(xù)帶故障隱患試運(yùn)行，此為本次事故發(fā)生的次要原因。

(2)早在本臺機(jī)組啟動試驗(yàn)進(jìn)行到機(jī)組升壓階段，當(dāng)機(jī)組升壓至額定電壓時(shí)機(jī)端電壓互感器三相相電壓實(shí)測數(shù)據(jù)為A相56.52 V，B相57.28 V，C相57.57 V，零序電壓為16.4 V，本機(jī)組定子零序過壓保護(hù)定值為：Uz=8 V。施工項(xiàng)目部調(diào)試工作人員懷疑是機(jī)端電壓互感器發(fā)生諧振引成機(jī)組電壓不平衡而造成的中性點(diǎn)偏移所致，采取了在電壓互感器二次側(cè)安裝白熾燈來消諧的做法，再次測量零序電壓10.2 V有所減小但是故障仍未消除，更換整組備用電壓互感器后三相相電壓無變化，零序電壓降至8.1 V雖然有所改善故障仍未消除。零序電壓是由于發(fā)電機(jī)定子三相電壓不平衡引起的，而引起定子三相電壓不平衡的原因之一就是發(fā)電機(jī)定子繞組發(fā)生內(nèi)部相間短路或單相線圈匝間短路，此種原因引起的零序電壓過高時(shí)會造成定子線圈燒壞，嚴(yán)重時(shí)更是會造成鐵芯燒壞。

4 事故處理

4.1 處理方案的確定

由于事故機(jī)組為新裝機(jī)組，業(yè)主否決了機(jī)組設(shè)備廠家更換部分不合格線圈的提議，堅(jiān)決要求更換全部線圈，又因機(jī)組啟動試運(yùn)行期間恰逢河流豐水期，在這種情況下如果吊出上機(jī)架、轉(zhuǎn)子進(jìn)行定子維修處理的話，勢必造成維修費(fèi)用和時(shí)間的增加，面臨大量棄水增加間接經(jīng)濟(jì)損失的可能，后經(jīng)業(yè)主、機(jī)組設(shè)備廠家及施工項(xiàng)目部反復(fù)討論、研究選取既能提供定子維修工作面又能減少經(jīng)濟(jì)損失的維修方案，決定在不吊出轉(zhuǎn)子只吊出定子的情況下對定子線圈進(jìn)行全部更換處理。

4.2 處理方案的實(shí)施

4.2.1 定子線圈更換

為了在不吊出轉(zhuǎn)子的情況下將定子吊出機(jī)坑，施工項(xiàng)目部將機(jī)組受油器、上機(jī)架、上擋風(fēng)板、空冷器及聯(lián)接管路拆除，然后松開定子基座固定螺栓，調(diào)整定子吊裝鋼絲繩的受力，確保定子吊起過程中定子和轉(zhuǎn)子之間的空氣間隙基本均勻，避免轉(zhuǎn)子磁極與定子線圈摩擦，損壞轉(zhuǎn)子和定子線圈造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失。定子吊出至安裝場檢修平臺移交機(jī)組設(shè)備廠家后，廠家人員進(jìn)行原線圈的拆除并新更換線圈的組裝工作。

4.2.2 定子線圈接頭處理

針對此次事故暴露出來的安裝質(zhì)量問題，機(jī)組設(shè)備廠家定子現(xiàn)場組裝人員在對線圈接頭焊接時(shí)加強(qiáng)質(zhì)量控制，著重檢查、清理極間連接線圈端部需焊接的部位；根據(jù)連接位置剪去多余的股線長度；嚴(yán)格按氧-乙炔焰焊接操作規(guī)程進(jìn)行焊接，焊接前用浸透水的脫脂棉花將線圈端頭包裹住防止絕緣損傷；接頭焊接后，除去石棉保護(hù)墊，用銼刀銼平高點(diǎn)、修光毛刺，用吸塵器清掃干凈；接頭焊接完成后先進(jìn)行外觀檢查，確保接頭整齊、光滑，焊料填充飽滿；然后再進(jìn)行極間連接線的絕緣包扎，檢查確認(rèn)極間連接線原有絕緣在搭接處的狀況無異后，清理干凈絕緣搭接面，按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行絕緣包扎，絕緣搭接 30 mm。

4.3 處理后試驗(yàn)結(jié)果

定子全部線圈更換處理完成后，廠家試驗(yàn)人員進(jìn)行了定子現(xiàn)場交接試驗(yàn)，經(jīng)業(yè)主、監(jiān)理及施工項(xiàng)目部見證，按交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)復(fù)核所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)均合格，其中定子繞組直流耐壓試驗(yàn)中試驗(yàn)電壓達(dá)到發(fā)電機(jī)額定電壓的3倍時(shí)三相直流泄漏電流均衡，A相： 2 μA 、B相：3 μA 、C相：2 μA，與之前數(shù)據(jù)相比已有較大改善。

試驗(yàn)完成后重新進(jìn)行機(jī)組啟動試運(yùn)行，機(jī)組運(yùn)行情況正常。當(dāng)機(jī)組升壓至額定電壓時(shí)機(jī)端電壓互感器三相相電壓實(shí)測數(shù)據(jù)為A相57.52 V，B相57.58 V，C相57.57 V，零序電壓為0.4 V。與之前數(shù)據(jù)相比也有較大改善。

5 處理后的經(jīng)濟(jì)評價(jià)

在不吊出轉(zhuǎn)子只吊出定子的情況下維修更換定子全部線圈的方案較吊出轉(zhuǎn)子不吊出定子的常規(guī)檢修方案，節(jié)約檢修工期約一半左右，前者檢修工期只用了15天，后者按B級檢修一般在30天左右，光發(fā)電收益就減少了208萬元的經(jīng)濟(jì)損失(上網(wǎng)電價(jià)按0.45元/kW·h計(jì)算)。

6 經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)

(1)通過此次事故，機(jī)組設(shè)備廠家應(yīng)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在后續(xù)的設(shè)備制造安裝過程中嚴(yán)格按照機(jī)組安裝規(guī)范以及工藝流程施工，確保每一道工序質(zhì)量合格；電氣交接試驗(yàn)班組也應(yīng)針對此次設(shè)備事故吸取教訓(xùn)，嚴(yán)格按照交接試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行電氣設(shè)備高壓試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)缺陷及時(shí)處理。

(2)機(jī)組安裝單位也應(yīng)組織分析事故原因，電氣調(diào)試特別是繼電保護(hù)裝置及二次回路調(diào)試嚴(yán)格按照有關(guān)試驗(yàn)規(guī)程進(jìn)行，確保設(shè)備在事故時(shí)能正確動作及時(shí)切除故障，確保運(yùn)行安全。

(3)項(xiàng)目建設(shè)管理單位及監(jiān)理單位應(yīng)嚴(yán)格遵守建設(shè)管理和監(jiān)理職責(zé)，把好現(xiàn)場設(shè)備安裝、試驗(yàn)的每一道關(guān)，確保施工質(zhì)量安全。

7 結(jié) 語

如果一絲不茍地把好質(zhì)量關(guān)，這樣的事故應(yīng)該是可以避免的。通過這次事故處理，應(yīng)認(rèn)真吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，積累工作經(jīng)驗(yàn)，任何工程施工質(zhì)量管理不僅僅與施工安裝單位有關(guān)，更與設(shè)備制造廠家的生產(chǎn)質(zhì)量管理相關(guān)，各參建單位在狠抓工程進(jìn)度的同時(shí)質(zhì)量監(jiān)督必須到位，任何一方忽視工程質(zhì)量管理都是得不償失的，只會造成更大的損失。