水輪發電機定子繞組絕緣故障試驗查找

付朝霞

(北京十三陵蓄能電廠，北京 102200)

某抽水蓄能機組于1996年投產，為三相、立軸、空冷、半傘、同步可逆式機組。機組發電額定容量222 MVA，電動額定容量218 MW，額定電壓13.8 kV，額定電流9 288 A，三相三支路星接，中性點不接地運行。定子繞組為180槽雙層疊繞棒形繞組，整數短節距，定子線棒為F級環氧粉云母少膠VPI絕緣體系，線棒安裝采用彈性繞組安裝系統(EWB)。該機組每年安排一次C級檢修，并于2006年進行了首輪A級檢修，A級檢修吊檢定子和轉子。此次檢修中發現定子線棒出槽口存在電腐蝕現象。

空冷黃絕緣抽水蓄能機組由于其特殊的運行方式，容易產生電腐蝕。尤其是出槽口處，由于電位梯度大，場強集中且不均勻，若線棒表面和槽壁失去電接觸，在高電壓作用下，就極易發生高能量的容性放電，產生電腐蝕。

在A修中，對出槽口處電腐蝕采用半導體硅膠在線棒與齒壓板之間進行“搭橋”處理，保證線棒槽部分良好的地電位。

1 試驗項目安排

在2012年進行的機組C級檢修期間，發電機安排有一項非標項目，即局放耦合器的安裝。

定子繞組的常規C修試驗項目包括：定子繞組絕緣電阻、吸收比及極化指數，定子繞組分支及總體直流電阻，定子繞組直流耐壓及泄漏電流，直流耐壓為2.5 Un(34.5 kV)。所進行的試驗項目其試驗數據均符合相關規程規定，且與歷史數據比較沒有明顯變化。

C修試驗完成后，發電機進行局放耦合器安裝。耦合器安裝于三相各分支的匯流排上。將安裝點的主絕緣打磨掉，露出銅導體與耦合器連接，安裝完成后對絕緣進行重新包扎處理。

耦合器安裝完成24 h后，安排的試驗項目包括：定子繞組絕緣電阻及吸收比，定子繞組直流耐壓及泄漏電流，定子繞組端部局部泄漏試驗，定子繞組交流耐壓試驗。

絕緣電阻、直流耐壓及泄漏電流、局部泄漏試驗的結果均符合規程規定，且與耦合器安裝前的試驗結果相比無明顯差別。然后進行定子繞組的交流耐壓試驗。

2 故障經過

交流耐壓試驗采用的是串聯諧振耐壓，耐壓值為1.5 Un，即20.7 kV。耐壓時被試相首尾短接，非被試相短接接地。

(1) A相試驗時，當電壓升至18 kV時，聽到機坑內傳出一聲響亮的放電聲，從聲音判斷，放電點在A相161—162槽附近。放電后失諧，儀器高壓直接斷開。

(2) B相試驗時，正常升壓至20.7 kV，耐壓時間為1 min，試驗過程未出現異常閃絡或放電，試驗通過。

(3) C相試驗時，加壓至17.6 kV，發生了與A相類似的放電現象，失諧，高壓自動斷開。觀察C相的放電位置在141—143槽附近。

3 故障位置查找

A，C相放電現象相似，放電聲音響亮，判斷聲音是從出槽口、繞組端部、匯流排等部位發出。

A相在耐壓試驗異常放電后，無論是目視檢查還是絕緣測量，均未發現A相繞組存在明顯異常。C相耐壓試驗異常放電后測量絕緣電阻，發現絕緣已經擊穿，因此先從C相尋找故障點。

3.1 C相故障位置查找

C相出現放電現象后，用2 500 V搖表測量絕緣電阻，具體測量結果見表1。

表1 C相絕緣測量結果

甩開C相新裝的3個耦合器，再搖C-地絕緣，電壓升至500 V，絕緣值161 kΩ，排除耦合器的問題。從絕緣電阻測量結果初步判斷，C相發生的是線棒絕緣對地擊穿故障。

C相繞組在耐壓試驗時主絕緣已經擊穿，但仍有100 kΩ的絕緣，屬于中低阻接地，未完全死接地。因此，決定采用“大電容放電法”，即用5 000 V絕緣搖表充放電觀察放電點，以確認故障點位置。

將AB相短接，用5 000 V絕緣搖表對AB相充電5 min，然后對C相放電，觀察放電點。初步確認為143槽上層線棒槽口處放電。

3.2 A相故障位置查找

目視檢查A相161、162槽附近相關位置，未發現異常放電痕跡。打開耦合器檢查，一、二次接線均良好，未發現異常。檢查周圍位置，也未發現放電痕跡。

用2 500 V搖表測量A-BC-地的絕緣，絕緣電阻值為1.56 GΩ，絕緣電阻數值與試驗前相比未發現有明顯變化。

無論是目視檢查還是絕緣測量，均未發現A相繞組有明顯異常，因此決定對A相采用“加壓觀察法”查找。“加壓觀察法”是對故障相和地之間加壓，觀察定子繞組是否有放電聲和火花或煙縷。

升壓至8.5 kV時，機坑內162槽附近出現較嚴重放電聲，并觀察到162槽槽口處、線棒與齒壓板之間出現電火花，但此時儀器未失諧，故手動降壓。檢查162槽上下層線棒層間，發現有類似燒灼痕跡。

為了加快A相繞組故障點絕緣的燒穿，向162槽內注半導體膠，與齒壓板進行搭接，使162槽內線棒接地良好。

注膠后，再用2 500 V搖表測量A-BC-地的絕緣，絕緣電阻值為2.65 GΩ。

再次升壓至5 kV，儀器失諧，高壓斷開，無放電聲，觀察162槽有煙縷冒出。

此時用2 500 V搖表測量A-地絕緣，電壓僅升至153 V，絕緣值為37.4 kΩ，A-BC的絕緣電阻為1.98 GΩ。

根據以上試驗結果，初步確定A相故障為162槽線棒絕緣對地擊穿，但未明確故障位置在上層線棒還是下層線棒。

4 故障線棒確認

定子吊出后，首先進行的工作是檢查確認143號槽及162號槽故障線棒為上層線棒還是下層線棒。

打開定子上下護板后，用中頻焊機將C相143號、A相162號線棒上端部連接板解焊，將上下層線棒分開，再用2 500 V搖表分段測量絕緣電阻。具體測量結果如表2所示。

表2 故障位置線棒絕緣測量結果

從測量結果可以準確判斷出：143號及162號槽均為上層線棒出現絕緣對地故障。

5 故障原因

故障線棒拆除后進行的檢查發現，2根線棒的擊穿部位非常相似，均位于線棒上端部出槽口附近，擊穿部位有明顯的電腐蝕侵蝕燒灼痕跡，外絕緣有磨損。

6 結論

(1) 直流耐壓試驗無法發現出槽口處的絕緣缺陷，而交流耐壓試驗較易發現槽口處的絕緣缺陷。

(2) “加壓觀察法”和“大電容放電法”查找定子繞組故障點，均適用于接地部位在出槽口及端部等可視部位的對地故障情況。

(3) 對于空冷黃絕緣機組，由于其定子出槽口處復雜的場強分布及易臟污等特點，易發生電腐蝕。長期的電腐蝕對主絕緣的侵蝕，會導致主絕緣缺失變薄，在耐壓試驗中易出現對地擊穿故障。

大型水輪發電機定子繞組發生絕緣擊穿時，如果處理不當，極易使故障擴大，從而增加修復難度，延長修復工期。因此，在試驗查找故障過程中，應慎重選擇試驗方法，避免故障范圍的擴大。