薛 蛟，王夏洋，郭曉峰

（晉能控股山西電力股份有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

某電廠3號(hào)機(jī)組采用前蘇聯(lián)生產(chǎn)的TBB-220-2EY3型同步發(fā)電機(jī)，額定有功功率215 MW、額定功率因數(shù)0.85、額定定子電壓15 750 V、額定定子電流9 270 A。發(fā)電機(jī)冷卻方式為水氫氫，額定氫氣壓力0.3 MPa，額定水壓0.27 MPa。發(fā)電機(jī)定子繞組接線組別為雙Y型，繞組為三相、雙層、短節(jié)距、棒狀。2020年，發(fā)電機(jī)定子繞組汽側(cè)第46槽上層線棒水電接頭根部出現(xiàn)漏水問(wèn)題。

1 發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)

1.1 定子繞組端部結(jié)構(gòu)

發(fā)電機(jī)端部繞組外圓周通過(guò)固定在絕緣支架上的三道絕緣綁環(huán)支撐，內(nèi)圓周由一次成型的環(huán)氧樹(shù)脂端環(huán)和內(nèi)護(hù)板組合成錐形結(jié)構(gòu)；內(nèi)護(hù)板由綁繩、壓板固定于第一道絕緣綁環(huán)和端環(huán)。線棒鼻端上下層采用并頭套錫焊結(jié)構(gòu)，接頭表面填充硅橡膠后用火電填充泥填充絕緣盒空隙；端環(huán)位于鼻端位置，每?jī)蓚€(gè)絕緣盒之間采用環(huán)氧樹(shù)脂楔塊楔緊，并使用絕緣拉桿拉緊后固定于端環(huán)上。絕緣盒中部和端頭位置各用一道綁繩綁扎；絕緣綁環(huán)、端環(huán)及內(nèi)護(hù)板與線棒間墊有適形氈。由此，將端部繞組固定成牢固的整體，并實(shí)現(xiàn)線棒鼻端徑向和切向的可靠固定；同時(shí)，端部繞組整體及鼻端固有頻率可靠地躲開(kāi)了基頻和倍頻范圍。

1.2 定子線棒水電接頭結(jié)構(gòu)

發(fā)電機(jī)定子線棒由28根實(shí)心股線和14根空心股線編織組成，股線分布排列成2列，每列實(shí)心股線和空心股線按照2∶1的結(jié)構(gòu)布置。在線棒兩端設(shè)置的水盒接頭構(gòu)成了線棒鼻端的水電連接結(jié)構(gòu)，水盒接頭由鍍銀銅澆筑成型，上端為水接頭、下端為電接頭；線棒的空、實(shí)心股線經(jīng)中頻感應(yīng)釬焊在水盒內(nèi)，定冷水由空心股線流出，在水電接頭內(nèi)蓄積后由水接頭及引水管流出；上下層線棒電接頭由中頻釬焊連接。

2 發(fā)電機(jī)存在漏水問(wèn)題

2.1 漏水問(wèn)題的發(fā)現(xiàn)

2020年，機(jī)組運(yùn)行期間轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地告警信號(hào)頻發(fā)，最低對(duì)地電阻為2 kΩ、轉(zhuǎn)子最低電壓為15 V，因轉(zhuǎn)子接地保護(hù)為一點(diǎn)接地發(fā)告警且自動(dòng)投入兩點(diǎn)接地功能，兩點(diǎn)接地時(shí)跳閘，因此機(jī)組運(yùn)行中未跳閘。機(jī)組運(yùn)行期間，密封油中含水量合格，油水報(bào)警器未發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象，氫氣濕度合格且未發(fā)現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，補(bǔ)氫量未發(fā)現(xiàn)明顯變化；因漏氫檢測(cè)器故障，未監(jiān)測(cè)到定冷水箱漏氫情況。所以，線棒漏水的問(wèn)題未能在機(jī)組運(yùn)行期間及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

機(jī)組檢修期間，檢修人員發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)上下端蓋之間、汽側(cè)內(nèi)護(hù)板上、轉(zhuǎn)子通風(fēng)孔處、轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)外側(cè)進(jìn)風(fēng)口及定子端部繞組正下方有水珠或水流痕跡；檢查轉(zhuǎn)子絕緣，對(duì)地絕緣為零。對(duì)定子繞組進(jìn)行水壓試驗(yàn)，在額定水壓下汽側(cè)第46槽上層線棒水電接頭根部滲水，鑿開(kāi)線棒絕緣盒及主絕緣后水電接頭根部位置向外呲水。同時(shí)發(fā)現(xiàn)端部繞組鼻端位置360°圓周方向均有大量黃粉，絕緣盒之間的楔塊處堆積有黃泥，楔塊與絕緣盒之間明顯存在縫隙。進(jìn)一步檢查，共發(fā)現(xiàn)汽側(cè)17根、勵(lì)側(cè)3根楔塊和絕緣拉桿松動(dòng)磨損，拉桿磨損最嚴(yán)重處磨下去近2/3。

2.2 漏水原因分析

a）端部松動(dòng)，電磁力產(chǎn)生的振動(dòng)導(dǎo)致水電接頭焊縫出現(xiàn)裂紋。發(fā)電機(jī)運(yùn)行期間，定子繞組端部線棒在端部漏磁通作用下產(chǎn)生100 Hz的交變電磁力，該力的大小與分支電流、漏磁通成正比，主要為切向和徑向方向。由于水電接頭位置是同相繞組不同匝、同匝繞組不同位置線棒的接頭，因此同一絕緣盒處上下2根線棒電流方向總是相反，所承受的徑向和切向電磁力也總是相反的。不同的是，徑向力在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的影響下，內(nèi)外層線棒在不同區(qū)域內(nèi)周期性地相互吸引或排斥，有時(shí)上層所受電磁力向外擴(kuò)張而下層所受電磁力向內(nèi)壓縮，2個(gè)線棒之間是相互靠近的關(guān)系，擠壓加??；有時(shí)上層所受電磁力向內(nèi)壓縮而下層向外擴(kuò)張，2個(gè)線棒之間的關(guān)系互相遠(yuǎn)離。而上下層線棒各個(gè)時(shí)刻所受的切向力方向基本相反，即上下層存在靜摩擦[1-2]。

端部固定結(jié)構(gòu)方面，與現(xiàn)代大型發(fā)電機(jī)端部固定壓板或整體錐形環(huán)、無(wú)磁性金屬螺栓及適形材料結(jié)構(gòu)不同的是，該型發(fā)電機(jī)鼻端位置通過(guò)楔塊和環(huán)氧樹(shù)脂絕緣拉桿與端環(huán)固定，固定結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、柔韌度及耐磨性均不足，絕緣楔塊極易在周期性變化的徑向電磁力和靜摩擦切向電磁力的作用下發(fā)生磨損。楔塊一旦出現(xiàn)磨損跡象，磨損面積會(huì)迅速擴(kuò)大，從而誘發(fā)端部繞組整體松動(dòng)。

端部繞組在電磁力的作用下，一方面由于端部固定結(jié)構(gòu)的缺陷，導(dǎo)致端部繞組固定出現(xiàn)松動(dòng)，端部線棒水電接頭在電磁力產(chǎn)生振動(dòng)作用的影響下，焊縫因金屬疲勞而產(chǎn)生裂縫。另一方面，隨著電網(wǎng)容量的不斷增大，發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行工況日益增多，端部繞組受到漏電磁場(chǎng)的影響增大，加速了這一過(guò)程的發(fā)生。

b）定冷水長(zhǎng)期沖刷及水質(zhì)超標(biāo)，導(dǎo)致水電接頭釬焊因沖刷和腐蝕減薄。在故障線棒抬出后，檢修人員對(duì)線棒水電接頭進(jìn)行了橫向切割解剖。從切割出的水電接頭可以看出，空心股線之間的釬焊區(qū)域凹凸不平，近一半面積的釬焊區(qū)域因沖刷和腐蝕下凹近2 mm，部分因焊接工藝不良留下的氣泡和未焊滿的區(qū)域被暴露出來(lái)。另外，由于早期定冷水水質(zhì)控制工藝不良，水質(zhì)對(duì)金屬的腐蝕也在一定程度上加速了焊接區(qū)域的減薄。

c）水電接頭結(jié)構(gòu)不合理，制造和焊接工藝不良。本發(fā)電機(jī)水電接頭采用空心股線和實(shí)心股線均焊接在水盒內(nèi)的結(jié)構(gòu)，且該機(jī)組進(jìn)行過(guò)整機(jī)線棒國(guó)產(chǎn)化改造。該水電接頭的空、實(shí)心導(dǎo)線長(zhǎng)短不一，與水電接頭并頭套插接部位端面不平行，釬焊過(guò)程中部分區(qū)域溫度達(dá)不到釬焊所需的溫度，導(dǎo)致焊料溶解不充分、不飽滿，出現(xiàn)空焊、氣泡等現(xiàn)象，在漏水問(wèn)題上形成疊加效應(yīng)。

由于發(fā)電機(jī)端部振動(dòng)、水盒釬焊沖刷減薄及制造階段焊接缺陷多種因素的疊加，最終造成水電接頭釬焊失去密封性而發(fā)生漏水。

2.3 故障的處置

a）更換故障線棒。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)分析討論，本次不再對(duì)漏水線棒并頭套進(jìn)行補(bǔ)焊，而是采用整根線棒更換的方式進(jìn)行處置，現(xiàn)場(chǎng)更換第46槽上層線棒1根。線棒更換嚴(yán)格按照《大型發(fā)電機(jī)定子繞組現(xiàn)場(chǎng)更換處理試驗(yàn)規(guī)程》（DL/T 2011—2019）要求，進(jìn)行了發(fā)電機(jī)定子繞組直阻、絕緣、直流耐壓及泄漏、交流耐壓、手包絕緣表面電位及水壓等試驗(yàn)，試驗(yàn)均符合《電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》（Q/HBW 14701—2008）、《汽輪發(fā)電機(jī)繞組內(nèi)部水系統(tǒng)檢驗(yàn)方法及評(píng)定》（JB/T 6228—2014）要求。

b）更換端部固定件。由于絕緣盒之間的楔塊和絕緣拉桿存在不同程度的磨損，采取整體更換的方式進(jìn)行處置，共更換60根絕緣拉桿和楔塊。為進(jìn)一步檢驗(yàn)端部固定結(jié)構(gòu)件更換后端部繞組的固有頻率及緊固情況，完成了發(fā)電機(jī)端部繞組模態(tài)試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)均合格。即汽端端部，頻率61.25 Hz，阻尼比3.8%，橢圓振型；勵(lì)端端部，頻率71.25 Hz，阻尼比4.5%，橢圓振型；鼻部各個(gè)線棒響應(yīng)比最大為0.04（m/s2）/N，遠(yuǎn)低于≥0.44（m/s2）/N的要求。。

c）對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行烘烤。由于線棒漏出的定冷水進(jìn)入了轉(zhuǎn)子風(fēng)道及端部，造成轉(zhuǎn)子絕緣降至0 MΩ，為防止誘發(fā)兩點(diǎn)接地或轉(zhuǎn)子繞組匝間短路事故，對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行了熱風(fēng)烘烤，直至絕緣合格。

3 意見(jiàn)和建議

為防范修后發(fā)電機(jī)定子繞組再次發(fā)生故障，同時(shí)結(jié)合漏水缺陷的發(fā)現(xiàn)處置過(guò)程評(píng)定，本文提出以下意見(jiàn)和建議。

a）嚴(yán)格按照《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》中10.1條款，在發(fā)電機(jī)再次停運(yùn)時(shí)對(duì)端部繞組固定情況進(jìn)行檢查，防范再次出現(xiàn)大面積松動(dòng)，誘發(fā)短路事故。

b）進(jìn)一步完善和優(yōu)化發(fā)電機(jī)定冷水水質(zhì)控制，嚴(yán)格按照《大型發(fā)電機(jī)內(nèi)冷卻水質(zhì)及系統(tǒng)技術(shù)要求（DL/T 801—2010）》的要求，控制pH值、電導(dǎo)率及銅離子含量使其合格。同時(shí)，擇機(jī)使用內(nèi)窺鏡對(duì)發(fā)電機(jī)水電接頭進(jìn)行抽檢，重點(diǎn)檢查釬焊的沖刷腐蝕情況和空心股線的堵塞情況。

c）發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地后，極易發(fā)生兩點(diǎn)接地故障，造成轉(zhuǎn)子本體灼傷，新版規(guī)程已對(duì)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)整定原則進(jìn)行了修改。應(yīng)嚴(yán)格按照《大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則》（DL/T 684—2012）要求，一點(diǎn)接地高值告警、低值跳閘。同時(shí)，修訂運(yùn)行規(guī)程，加入轉(zhuǎn)子匝間短路現(xiàn)象的判斷及處置原則，進(jìn)行技術(shù)判斷和處置轉(zhuǎn)子匝間短路故障，防范事故擴(kuò)大。