廖春宏，武繼超

(華電福新能源有限公司池潭水電廠，福建 三明 354400)

1 設(shè)備概況

某低水頭河床式水電站是發(fā)電、航運(yùn)相結(jié)合的水資源綜合利用樞紐工程。該電站安裝3臺(tái)GZWP-550燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量14.6 MW，總裝機(jī)容量43.8 MW，年平均發(fā)電量1.925億kWh，設(shè)計(jì)水頭8.5 m。1，2號(hào)機(jī)并接6.3 kV Ⅰ段母線單元，3號(hào)機(jī)接6.3 kV Ⅱ段母線單元。

3臺(tái)機(jī)組均采用天津阿爾斯通公司引進(jìn)外國(guó)技術(shù)生產(chǎn)的空冷發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)主要參數(shù)為：額定電壓6.3 kV、額定電流1 487 A、額定功率因數(shù)0.90(滯后)、額定勵(lì)磁電壓200 V、額定勵(lì)磁電流800 A，發(fā)電機(jī)定子繞組及鐵芯絕緣等級(jí)均為F級(jí)。

2 事故經(jīng)過(guò)

2014-09-20，該水電站1號(hào)機(jī)在停機(jī)狀態(tài)、2號(hào)機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)(P=14.2 MW，Q=1.2 Mvar),3號(hào)機(jī)在A級(jí)檢修中，其他設(shè)備均正常運(yùn)行。當(dāng)天23:14，電廠監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出“2號(hào)機(jī)后備保護(hù)動(dòng)作”報(bào)警信號(hào)，運(yùn)行監(jiān)盤(pán)人員發(fā)現(xiàn)2號(hào)機(jī)已經(jīng)跳閘停機(jī)。檢查2號(hào)發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)t1(時(shí)限5 s)報(bào)警，接地保護(hù)t2(時(shí)限20 s)動(dòng)作出口。在冷備用狀態(tài)下測(cè)量2號(hào)機(jī)定子絕緣電阻為0,轉(zhuǎn)子絕緣電阻為7 MΩ，因此可初步判斷2號(hào)機(jī)定子回路發(fā)生金屬性接地故障。

3 故障點(diǎn)查找

3.1 確定故障相

2號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)入檢修狀態(tài)后，檢修人員分別對(duì)2號(hào)機(jī)電壓互感器、電流互感器、勵(lì)磁變電纜及2號(hào)機(jī)所屬單元設(shè)備進(jìn)行檢查，均未發(fā)現(xiàn)放電、異味等異?，F(xiàn)象。隨后對(duì)2號(hào)機(jī)定子繞組端部進(jìn)行細(xì)致的檢查，并拆除發(fā)電機(jī)出線連接電纜、中性點(diǎn)電纜，分別對(duì)發(fā)電機(jī)三相定子繞組進(jìn)行絕緣電阻測(cè)量：A相絕緣電阻為720 MΩ，B相絕緣電阻為800 MΩ，C相絕緣電阻為0。測(cè)量轉(zhuǎn)子絕緣電阻為7 MΩ。對(duì)2號(hào)機(jī)電壓互感器、電流互感器、勵(lì)磁變高壓側(cè)電纜及2號(hào)機(jī)所屬單元設(shè)備絕緣電阻進(jìn)行測(cè)量，均正常。根據(jù)以上測(cè)量結(jié)果分析，判斷2號(hào)機(jī)定子C相繞組發(fā)生一點(diǎn)金屬性接地，故障點(diǎn)在發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部。

3.2 定位故障點(diǎn)

2號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)入檢修狀態(tài)后，對(duì)定子接地故障點(diǎn)進(jìn)行查找、定位。依次用2 500 V，1 000 V，500 V量程兆歐表測(cè)量發(fā)電機(jī)定子C相繞組絕緣電阻，結(jié)果均為0；然后用萬(wàn)用表測(cè)量電阻為60～100 Ω的金屬性不穩(wěn)定低阻接地。因發(fā)電機(jī)每個(gè)支路的線棒數(shù)量較多，如果故障點(diǎn)處在線棒端部，則憑目測(cè)即可發(fā)現(xiàn)；如果故障點(diǎn)處在直線段(鐵芯槽內(nèi))，則很難憑目測(cè)發(fā)現(xiàn)。

由于發(fā)電機(jī)繞組分支直流電阻很小，即使是金屬性接地，采用直流電阻比較法也無(wú)法準(zhǔn)確判斷，且目前現(xiàn)場(chǎng)缺少先進(jìn)的測(cè)試定位儀器，故采用傳統(tǒng)的直流加壓法。其原理是：采用直流電焊機(jī)(或1～100 A的電流源)，在故障相繞組和地之間施加一直流電壓，當(dāng)故障點(diǎn)被擊穿時(shí)，根據(jù)放電處的聲音和火花判斷具體的故障槽。該方法的主要缺點(diǎn)是測(cè)試電流可能造成線槽局部鐵芯損傷，因此采用該方法時(shí)應(yīng)控制電壓及電流，并在照明熄滅后進(jìn)行，以便于觀察火花，確定故障點(diǎn)。電源從0升流升壓，當(dāng)電流升至35～40 A時(shí)，其中一個(gè)定子線槽端部出現(xiàn)“呲呲”聲音及白色弧光放電現(xiàn)象，從而找到故障點(diǎn)。

4 接地線棒處理

從定子絕緣損壞情況分析，應(yīng)更換絕緣損壞的線棒。

4.1 抽出損壞線棒

因燈泡貫流式機(jī)組抽轉(zhuǎn)子檢修周期長(zhǎng)，故事故搶修采用不抽轉(zhuǎn)子，僅在拆除發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子少量磁極后進(jìn)行檢修的方法(廠家考慮搶修方便，一般在燈泡貫流式機(jī)組預(yù)留有檢修位置)。剝除故障線棒端部絕緣層，焊開(kāi)環(huán)形引線連接板，將線棒與環(huán)形引線分離，退出槽楔，解除綁繩，取出已損壞的上層線棒，清理定子鐵芯及槽內(nèi)繞組。

4.2 安裝新線棒

對(duì)新線棒進(jìn)行絕緣處理后，再對(duì)其進(jìn)行2.75×6.3 kV的交流耐壓試驗(yàn)并合格。按圖紙要求，在槽內(nèi)放入層間墊條，將耐壓合格的線棒嵌入槽內(nèi)。檢查確認(rèn)端部伸出長(zhǎng)度符合要求，控制線棒與環(huán)形引線之間的間隙誤差，并墊好相應(yīng)的墊條及半導(dǎo)體玻璃坯布，用浸有固化環(huán)氧膠的玻璃絲帶和間隙塊將線棒相互綁緊。間隙過(guò)大時(shí)可加墊適形氈，計(jì)算出需加墊條的厚度，墊好墊條后再將槽楔打緊。

4.3 連接環(huán)形引線接頭

先清理線棒端部，清除表面余膠、氧化物及油污；然后對(duì)齊上、下層線棒環(huán)形引線頭，若對(duì)不齊，則需進(jìn)行校形；最后，采用氧氣焊機(jī)焊接線棒引線頭與環(huán)形引線連接板，按順序?qū)⒚總€(gè)接頭分上、下層線棒端頭2次焊完。接頭回路電阻測(cè)量(1號(hào)接頭：3 μΩ；2號(hào)接頭：3.5 μΩ)合格。

4.4 接頭絕緣包扎及定子繞組試驗(yàn)

環(huán)形接頭每包2層云母帶后刷1次環(huán)氧樹(shù)脂漆，共包18層，最外層則包1層玻璃絲帶。

通過(guò)上述處理后，2號(hào)發(fā)電機(jī)經(jīng)交流耐壓、直流泄漏、絕緣測(cè)試以及轉(zhuǎn)子繞組絕緣測(cè)試等試驗(yàn)均合格后，恢復(fù)并網(wǎng)發(fā)電。

5 定子接地原因分析

2號(hào)機(jī)曾于2006年因失磁發(fā)生深度進(jìn)相，使定子線圈、鐵芯嚴(yán)重過(guò)熱，線圈燒毀，后更換了全部定子線棒，但未進(jìn)行鐵芯過(guò)熱后的檢查處理。經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行后，鐵芯端部出現(xiàn)松動(dòng)，并伴隨出現(xiàn)鐵芯振動(dòng)。鐵芯在振動(dòng)作用下端部硅鋼片發(fā)生斷齒，斷片把定子繞組線圈絕緣刺穿。

同時(shí)，又因設(shè)計(jì)問(wèn)題，端部鐵芯固定方式不合理，鐵芯端部硅鋼片只有一半位置得到固定，導(dǎo)致鐵芯易振動(dòng)脫出或卷邊，端部硅鋼片易松動(dòng)，局部易發(fā)熱、斷齒。

6 防范措施

為了及早發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)定子鐵芯及繞組缺陷，應(yīng)及時(shí)了解發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)隱患后及早處理。為避免故障發(fā)生及降低定子繞組絕緣損壞的幾率，應(yīng)采取以下措施。

(1) 結(jié)合機(jī)組大小修，檢查定子端部鐵芯固定情況。如鐵芯端部硅鋼片是否有松動(dòng)、斷齒、外表附著黑色油污和局部發(fā)熱等異常情況；檢查發(fā)電機(jī)硅鋼片是否疊壓整齊，燕尾槽有無(wú)開(kāi)裂和脫開(kāi)現(xiàn)象。如有異常，應(yīng)及時(shí)處理；必要時(shí)，應(yīng)進(jìn)行發(fā)電機(jī)鐵損試驗(yàn)，檢查鐵芯片間絕緣有無(wú)短路以及鐵芯發(fā)熱情況，發(fā)現(xiàn)缺陷應(yīng)及時(shí)查找原因并處理。

(2) 結(jié)合機(jī)組大小修，加強(qiáng)對(duì)機(jī)組定子繞組端部、環(huán)形引線、過(guò)渡引線、鼻部手包絕緣的檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理繞組存在的缺陷。

(3) 因2號(hào)機(jī)定子繞組單相接地電容電流小(實(shí)測(cè)小于規(guī)定值4 A)，依據(jù)GB/T14285—2006《繼電保護(hù)和安全自動(dòng)裝置技術(shù)規(guī)程》的規(guī)定，將定子一點(diǎn)接地保護(hù)跳閘改為發(fā)信號(hào)，同時(shí)將該信號(hào)列入事故監(jiān)視信號(hào)，及時(shí)提醒運(yùn)行維護(hù)人員，以便及時(shí)處理接地故障。

(4) 根據(jù)電站實(shí)際情況，逐步引入發(fā)電機(jī)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，對(duì)發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀況進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。

1 連 杰．200 MW水輪發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)動(dòng)作原因分析[J]．電力安全技術(shù)，2012，14(3)：16-19.