水電站機(jī)組定子繞組三相泄漏電流不平衡問(wèn)題探討

金懂性

(廣西水利電業(yè)集團(tuán)新疆克州水利發(fā)電有限公司，新疆 克孜勒蘇柯?tīng)柨俗巫灾沃?845550)

0 引 言

為進(jìn)行水電站發(fā)電機(jī)組絕緣性能判斷，通常采用檢測(cè)發(fā)電機(jī)泄露電流的方式，如果在發(fā)電機(jī)組直流泄漏和直流耐壓檢測(cè)過(guò)程中，出現(xiàn)泄漏電流三相不平衡度超標(biāo)的現(xiàn)象，則意味著發(fā)電機(jī)組存在裂紋、磨損等絕緣缺陷或制造工藝不良、受潮等問(wèn)題。布倫口-公格爾水電站于2021年機(jī)組預(yù)防性試驗(yàn)期間通過(guò)金屬探刷刷定子外絕緣的方法成功鎖定機(jī)組定子絕緣降低的薄弱點(diǎn)，并分析了影響絕緣水平的原因[1]。基于此，文章主要依據(jù)該水電站機(jī)組2018-2020年預(yù)防性試驗(yàn)所取得的數(shù)據(jù)，從理論上分析并驗(yàn)證2021年預(yù)防性試驗(yàn)期間所得出的機(jī)組定子繞組絕緣水平下降及局部絕緣薄弱點(diǎn)等結(jié)論，為發(fā)電機(jī)組定子繞組三相泄漏電流不平衡問(wèn)題的有效解決提供參考。

1 水電站概況

布倫口-公格爾水電站主要建于新疆克孜勒蘇柯?tīng)栕灾沃莅⒖颂站硟?nèi)，主要采用一洞三機(jī)聯(lián)合供水的引水系統(tǒng)，同時(shí)配備有3臺(tái)裝機(jī)容量201MW(3×67MW)、機(jī)端電壓和輸出電壓等級(jí)分別為10.5kV和220kV的沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組。該水電站1#機(jī)組采用額定容量80000kVA 的SF-80000/220型發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)額定功率因數(shù)取0.884，額定電壓14.2kV，額定電流3825A，額定轉(zhuǎn)速和飛逸轉(zhuǎn)速分別為215.6r/min和406r/min，額定功率50Hz；定子鐵芯內(nèi)外徑分別為6230mm和6980mm，鐵芯高1850mm，設(shè)計(jì)槽數(shù)為321槽。發(fā)電機(jī)定子采用單匝雙層波紋繞組以星形方式連接，每相均設(shè)置兩條并聯(lián)式支路，定子繞組采用云母帶主絕緣和防暈層F級(jí)的復(fù)合絕緣形式。

2 定子繞組三相泄漏電流數(shù)據(jù)分析

在2021年所進(jìn)行的機(jī)組預(yù)防性試驗(yàn)過(guò)程中，該水電站1#機(jī)組表現(xiàn)出定子繞組三相泄漏電流不平衡問(wèn)題，B相電流泄漏量達(dá)32μA，遠(yuǎn)高出A相和C相，定子繞組直流電阻試驗(yàn)合格，具體結(jié)果詳見(jiàn)表1。根據(jù)預(yù)防性試驗(yàn)，在測(cè)試溫度為15℃、濕度為30%的情況下，A相電流R15=40MΩ，R60=3000MΩ，吸收比為75；B相電流R15=32MΩ，R60=3500MΩ，吸收比為108；C相電流R15=30MΩ，R60=3000MΩ，吸收比為100。

根據(jù)《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》(DL/T 596-2015)，發(fā)電機(jī)組定子繞組各項(xiàng)電流泄漏差應(yīng)不超出泄漏電流最小值的100%，若最大泄漏電流超出20μA，則差值應(yīng)保持穩(wěn)定。結(jié)合2021年布倫口-公格爾水電站發(fā)電機(jī)組預(yù)防性試驗(yàn)結(jié)果，A相和C相泄漏電流基本滿足規(guī)程規(guī)定，而B(niǎo)相電流泄漏量32μA遠(yuǎn)高于20μA的規(guī)定，相間泄漏電流差為最小電流泄漏量的300%，顯然不符合規(guī)程要求。將該測(cè)試結(jié)果和機(jī)組2018-2020年預(yù)防性試驗(yàn)所取得的數(shù)據(jù)相比，發(fā)現(xiàn)B相電流泄漏量數(shù)據(jù)在2018、2019年間基本保持穩(wěn)定，僅從2020年開(kāi)始B相電流泄漏量才表現(xiàn)出升高趨勢(shì)，而A相和C相電流泄漏量卻始終保持平穩(wěn)態(tài)勢(shì)。此期間的試驗(yàn)結(jié)果具體見(jiàn)表2。

表1 水電站1#機(jī)組直流耐壓及繞組三相泄漏電流試驗(yàn)結(jié)果

表2 2018-2020年預(yù)防性試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表2結(jié)果，在試驗(yàn)電壓較低的情況下，三相泄漏電流較為平衡穩(wěn)定，而當(dāng)額定工作電壓升高至1.5kV時(shí)，B相電流泄漏量激增，且隨著額定工作電壓的升高呈持續(xù)增大趨勢(shì)，A相和C相電流泄漏量始終較為穩(wěn)定。結(jié)合2021年機(jī)組預(yù)防性試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，該發(fā)電機(jī)組定子繞組典型電流泄漏曲線還存在絕緣受潮、絕緣未貫通、絕緣擊穿等潛在缺陷。

根據(jù)預(yù)防性試驗(yàn)中絕緣電阻測(cè)量結(jié)果，雖然能反映出發(fā)電機(jī)組定子繞組絕緣系統(tǒng)整體運(yùn)行情況，但是規(guī)程中并未對(duì)采用2500VMΩ表進(jìn)行絕緣電阻測(cè)量所得的絕緣電阻合格范圍做出具體規(guī)定，在判定過(guò)程中主要將所測(cè)結(jié)果和歷次三相試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，并根據(jù)所測(cè)結(jié)果是否存在明顯下降趨勢(shì)做出發(fā)電機(jī)組定子繞組絕緣系統(tǒng)整體運(yùn)行情況的相應(yīng)判斷。然而，兆歐表試驗(yàn)電壓遠(yuǎn)低于水電站發(fā)電機(jī)組額定電壓，在檢測(cè)過(guò)程中對(duì)于某些微小、潛在且未完全顯現(xiàn)的絕緣缺陷很難測(cè)出，這也是布倫口-公格爾水電站2018-2021年通過(guò)兆歐表所測(cè)1#發(fā)電機(jī)組絕緣電阻及吸收比始終合格的主要原因。結(jié)合以上對(duì)該水電站1#機(jī)組定子繞組三相電流泄漏不平衡問(wèn)題的分析，可以認(rèn)為該機(jī)組B相電流泄漏量的確存在異常，且B相繞組同時(shí)存在局部絕緣水平弱化跡象[2]。

3 定子繞組泄漏電流不平衡原因分析及處理

為解決該水電站1#發(fā)電機(jī)組定子繞組電流泄漏過(guò)大且不平衡問(wèn)題，2021年預(yù)防性試驗(yàn)后維護(hù)小組借助該機(jī)組大修理的機(jī)會(huì)將轉(zhuǎn)子吊出，通過(guò)金屬探刷刷定子外絕緣結(jié)構(gòu)以確定出定子繞組絕緣薄弱位置，分別為80#槽下絕緣盒至線棒間彎曲處左側(cè)1條損傷的半導(dǎo)體漆膜，196#槽絕緣盒內(nèi)側(cè)1道有爬電痕跡的裂紋以及310#-319#線棒所對(duì)應(yīng)的綁扎環(huán)位置等三處。

3.1 定子繞組泄漏電流不平衡原因

布倫口-公格爾水電站1#機(jī)組自投產(chǎn)發(fā)電運(yùn)行以來(lái)，長(zhǎng)期受到導(dǎo)體發(fā)熱、電磁場(chǎng)、機(jī)械損傷及自然環(huán)境的不利影響，絕緣性能逐漸減弱。2016年因1#機(jī)組在運(yùn)行期間轉(zhuǎn)子磁軛鍵脫落造成定子、轉(zhuǎn)子擊傷，158根定子線棒燒傷事故，事故發(fā)生后立即進(jìn)行了損傷部件的更換，其余未損傷的線棒等零件并未更換，為機(jī)組安全運(yùn)行埋下隱患。

布倫口-公格爾水電站于2009年順利并網(wǎng)發(fā)電，在新疆電網(wǎng)中承擔(dān)著調(diào)峰及事故備用等重要作用，投產(chǎn)發(fā)電初期水庫(kù)來(lái)水量基本穩(wěn)定，發(fā)電運(yùn)行小時(shí)數(shù)與機(jī)組運(yùn)行能力相當(dāng)。2014年水電站全機(jī)組成功并網(wǎng)發(fā)電后其發(fā)電運(yùn)行小時(shí)數(shù)逐年增大，其1#機(jī)組長(zhǎng)期滿負(fù)荷運(yùn)行；隨著定子棒端部溫度持續(xù)升高，并頭套焊錫發(fā)生熔化和脆化，線棒端部絕緣性能持續(xù)降低，從而在2018-2020年預(yù)防性試驗(yàn)期間檢測(cè)出其1#發(fā)電機(jī)組定子繞組絕緣水平下降、局部絕緣薄弱及定子繞組三相電流泄漏不平衡。

3.2 處理措施

對(duì)于第一和第三處絕緣薄弱點(diǎn)，主要通過(guò)金屬探刷將徹底清刷干凈絕緣薄弱處和損壞處，均勻涂刷兩遍環(huán)氧樹(shù)脂膠。對(duì)于第二處絕緣薄弱點(diǎn)，主要進(jìn)行絕緣盒更換，再按比例配置好環(huán)氧樹(shù)脂膠，并調(diào)節(jié)好絕緣盒和并頭套間間隙后灌入，使環(huán)氧樹(shù)脂膠能順利均勻流入絕緣盒內(nèi)，不發(fā)生滲膠和跑膠，以增強(qiáng)薄弱位置絕緣強(qiáng)度和機(jī)械強(qiáng)度[3]。

通過(guò)以上措施處理該水電站1#發(fā)電機(jī)組定子繞組絕緣薄弱問(wèn)題后，分別在轉(zhuǎn)子回裝前后對(duì)該機(jī)組定子繞組展開(kāi)試驗(yàn)，具體檢測(cè)項(xiàng)目包括直流耐壓及泄流電流、吸收比、絕緣電阻等。直流耐壓試驗(yàn)過(guò)程中，試驗(yàn)電壓從0.5kV的額定工作電壓開(kāi)始，按照0.5kV依次增大，且將每一試驗(yàn)電壓下的試驗(yàn)時(shí)間控制在1min，并記錄微安表所顯示的電流泄漏值；將最高試驗(yàn)電壓下的試驗(yàn)時(shí)間控制在2min，并分別讀取試驗(yàn)時(shí)間1min和2min所對(duì)應(yīng)的電流泄漏量。處理措施采取后，1#發(fā)電機(jī)組A相電流R15=35MΩ，R60=4500MΩ，吸收比為128；B相電流R15=35MΩ，R60=5000MΩ，吸收比為145；C相電流R15=35MΩ，R60=5000MΩ，吸收比為145。轉(zhuǎn)子回裝前后該發(fā)電機(jī)組定子繞組絕緣電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)具體見(jiàn)表3和表4。

表3 轉(zhuǎn)子回裝前發(fā)電機(jī)組定子繞組絕緣電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)

表4 轉(zhuǎn)子回裝后發(fā)電機(jī)組定子繞組絕緣電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)

通過(guò)將以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)和處理措施實(shí)施前的數(shù)據(jù)相比不難看出，處理后的1#發(fā)電機(jī)組定子繞組三相電流泄漏值及絕緣水平完全達(dá)到合格狀態(tài)，說(shuō)明該水電站1#機(jī)組所采取的定子繞組絕緣薄弱問(wèn)題的處理措施切實(shí)可行。

4 結(jié) 論

分析結(jié)果表明，水電站發(fā)電機(jī)組定子繞組絕緣電流發(fā)生異常后必須引起重視，對(duì)機(jī)組展開(kāi)全面檢查，發(fā)現(xiàn)定子繞組絕緣薄弱位置，并分析造成電流泄漏的主要原因，及時(shí)采取有效措施予以應(yīng)對(duì)和處理，避免因延誤而造成嚴(yán)重的設(shè)備運(yùn)行事故。與此同時(shí)，還應(yīng)確保預(yù)防性試驗(yàn)期間數(shù)據(jù)的完整性、真實(shí)性和準(zhǔn)確性，并做好記錄，為水電站機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中每一次試驗(yàn)提供翔實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。