色爾古水電站1F發電機定子線圈匝間短路事故分析及處理

陳 宇 翔

(阿壩水電開發有限公司，四川 阿壩　623500)

色爾古水電站1F發電機定子線圈匝間短路事故分析及處理

陳 宇 翔

(阿壩水電開發有限公司，四川 阿壩623500)

摘要：色爾古水電在施工過程中，由于相關單位未嚴格按規范實施，造成1F機組定子線圈匝間發生短路事故，后經各方努力終于修復并投產，但教訓深刻。介紹了色爾古水電站1F發電機定子線圈匝間短路事故分析及處理方法，對機電安裝工程建設中如何有效避免類似事故再次發生具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：色爾古水電站；定子線圈；匝間短路；修復

由阿壩水電開發有限公司開發的色爾古水電站位于阿壩州黑水縣境內的黑水河干流上，電站以單一發電為目的，具有日調節能力，裝有三臺混流式水輪發電機組，機組型號為：水輪機組HLA722C—LT—300,發電機組SF50—24/6050，總裝機容量為3×50MW。發電機出口端電壓為13.8kV，1F機/1B主變為單元接線，2F/3F機與2B主變為擴大單元接線，屬四川電網統調統分電站，調度命名為雅都水電站。電站上網路徑：色爾古水電站——220kV都柳線——柳坪電站220kV母線——220kV柳茂線——茂縣500kV變電站并入四川省電網。設計水頭93m，引用流量 213m3/s,年利用小時數為4 300h。

1事故經過及現象

2009年6月8日，1F機組首次啟動。6月10日，按照啟委會修改后批準的《啟動試運行程序大綱》完成了1F機組短路升流試驗后，即進行了機組零起升壓試驗。第一次升壓至25%Ue，此時，安裝單位試驗人員檢查電壓回路，發現B相無壓，分析估計是機端電壓較低、互感器測量誤差所致，后繼續升壓至50%Ue時，發電機風洞內傳出一聲悶響后機組發電機差動保護動作、事故停機，風洞內竄出濃煙(圖1)。

圖1　色爾古水電站1F發電機組定子零起升壓至50%Ue時燒毀的圖片

根據事故發生的部位，安裝人員拆除了發電機上的擋風板，在1F機組+Y方向上發現上端部線圈有明顯的短路痕跡，20個線圈表面熏黑并有碳化現象。1F機組發電機保護屏保護裝置報文顯示：6月10日21時29分25秒062毫秒，定子接地保護報警、發電機機端產生零序電壓。21時30分30秒548毫秒，B、C相發生相間短路，差動保護動作。

2修復方案的制定

6月14日，業主就1F機組定子的修復工作召開專題會議。制造廠的修復方案為：解開已損壞的線圈與匯流排的連接并臨時絕緣包扎。再次對1F發電機進行零起升壓，若無異常則按照規范要求最終升壓至1.3Ue，進行匝間感應耐壓5min，排查是否還存在有損壞的線圈；若無異常，則停機并作好檢修措施后吊出轉子，拆除已損壞的線圈，重新下線修復，之后按相關規范進行交接驗收試驗。

3修復過程

根據6月14日專題會議精神，各方人員相繼到場并開展工作，按照制造廠的修復方案，在完成各項準備工作后，6月19日晚，1F機組采用他勵方式零起升壓至1.3Ue，并未出現異常，完成了是否還存在損壞線圈的排查工作。6月24日，吊出1F機組轉子，修復工作正式開始，安裝單位分兩班倒，24h不間斷作業。

7月2日，定子下線工作結束，按相關規范進行交接驗收試驗，測試結果表明：B相直流電阻仍然超標，但相對于1F機組事故發生前略有降低，后將各支路與匯流排逐一開路、逐一排查，在定子-X方向發現有虛焊的線圈接頭，經施工人員重新焊接處理、重新測試，最終的測試結果滿足規范要求。

7月3日吊入轉子，7月12日機組回裝完成，7月16日，修復后的1F機組重新啟動，按啟動試運行程序大綱完成了相關試驗，7月18日19∶50進入72h試運行，7月22日進入商業運行。

4事故分析

4.1導致事故發生的故障點是線圈匝間絕緣損壞

根據制造廠技術人員及監造工程師的敘述，由于色爾古水電站發電機組定子繞組設計采用圈式線棒，故每根線棒出廠前均要進行匝間絕緣試驗，其方法是對線圈施加一高頻波，在線圈層間感應電壓達39kV，儀器檢測此電壓波型是否發生畸變，如波型正常，視為線圈匝間絕緣合格。

6月13日，在業主集控中心會議室召開的事故分析處理會上，制造廠技術人員提到現場下線完畢后B相直流電阻超標，說明線圈有“內傷”，分析可能是制作線圈線棒用的銅線有接頭虛焊或線棒下線施工過程中損壞；如果真是這樣，按照啟動試運行程序大綱，在作機組短路升流試驗時，有可能在短路電流逐步上升的過程中(定子單相額定電流為2 461A)此接頭虛焊處將嚴重發熱，損壞自身并殃及周圍絕緣。接下來的試驗為零起遞步升壓試驗，分別為25%Ue、50%Ue、75%Ue、100%Ue、130%Ue，當升壓至25%Ue時，由于匝間絕緣已損壞、已經發生匝間短路，間歇性短路電弧進一步將線圈自身絕緣損壞并殃及周圍其他絕緣。此時B相無壓，試驗人員判斷可能是機端電壓較低，互感器測量誤差所致并繼續升壓至50%Ue，C相靠近B相故障處絕緣損壞，因而擴大為B、C相短路。后在B相線圈事故發生部位(+Y方向)，一線圈二R之間的線圈斜段表面部位發現一橢圓型電弧凹坑，尺寸為30mm×40mm×15mm(長、寬、深)，從而認為這就是引發事故的禍根(圖2、3)。因為在進行零起遞步升壓前，線圈主絕緣對地、相間、吸收比均滿足規范要求，故排除了主絕緣擊穿、引發事故的可能；那么，引發事故的根源只能來自線圈內部；故從發生事故的現象分析、判斷，B相該線棒匝間短路即為禍根；而20根線圈被燒毀、碳化則是因為事故進一步擴大而造成的后果。

圖2　拆出的燒毀線圈

圖3　1 F發電機組定子繞組B相線棒匝間短路燒毀凹坑

4.2第二次發現線圈雖有虛焊，但與線圈絕緣擊穿沒有關聯，故認定為其分屬不同的故障點

6月30日，1F發電機組定子重新下線修復完畢，重作定子交接驗收試驗，其直流電阻雖然相對事故發生前有所降低，但仍然超標；后將每個支路與匯流排開路，最后在定子-X方向上端部查找到了虛焊點；后經施工人員當晚重新焊接處理，重測直流阻值(偏差1%)，滿足規范要求(不大于2%)。

此次發現的虛焊點與定子絕緣擊穿沒有任何關聯，如有關聯，則會在排查是否還存在有損壞線圈、零起升壓時發生新的事故，但這一切并沒有發生異常。

但必須嚴肅指出：定子線圈虛焊屬重大隱患，在今后機組投入運行、額定負荷工況的情況下，定子線圈虛焊部位將嚴重發熱，極有可能發生重大事故、導致嚴重后果。萬幸的是此隱患得到了及時發現、處理。

4.3下線完畢后測試直阻仍然超標，但相對于事故發生前有所降低。此現象再次表明：B相線圈確實有兩處虛焊

事故發生前，《定子試驗記錄》顯示，定子線圈B相直阻超標，事故發生后、重新下線修復完畢重測直阻其仍然超標，但相對于事故發生前有所降低。這是由于在事故發生前，B相有兩個部位存在線圈接頭虛焊，而定子線圈一相有6個支路，每相相當于6支電阻并聯，則B相相當于只有4支電阻并聯，其總阻值必然大于其余兩相。線圈修復后，B相直阻仍然超標，但相對于事故發生前有所降低，后查出在-X方向仍有虛焊點，修復后重測直阻，其滿足規范要求，從而反過來證明事故發生前B相線圈確實存在兩處虛焊點，這就是B相+Y方向引發事故的那一點和后來發現的-X方向那一點。

4.4線圈中存在虛焊缺陷，為什么在出廠前和現場下線前均未發現

線圈中存在虛焊，為什么在出廠前未發現？2009年4月13日，3F機組有36支線圈損壞、返廠修復，修復后廠家出具了《四川黑水河色爾古電站定子線圈返廠修復檢查記錄》，其修復記錄沒有直阻測試項目，經與監造工程師電話核實，其修復記錄與新線圈正常出廠記錄相同，說明線圈出廠前未測試直流電阻，自然就不能發現虛焊缺陷。

現場下線前為什么也沒發現此缺陷呢？現場下線前，試驗人員用萬用表對線圈作導通試驗，但該試驗只能定性、不能定量，自然也不能發現此缺陷。

5結論

在制造廠內作線圈的匝間絕緣試驗只能判斷絕緣是否有缺陷，但不能判斷是否有虛焊；在現場下線完畢后，可以通過直流電阻測試的方法來判斷線圈銅線接頭焊接是否合格。安裝單位進行了此項試驗，《定子試驗記錄》證明B相直流電阻偏大、超標(達4.3%，遠大于規范要求的不大于2%的規定)，《定子試驗記錄》也未作出“可以投入使用”的結論，而非常遺憾的是現場監理工程師簽字、安裝單位繼續進行了下道工序，從而導致此隱患最終釀成重大事故。

5.1線圈匝間接頭虛焊缺陷屬制造缺陷

事故的根源是制造工藝缺陷留下的。因為發生匝間短路點部分是制造廠已完善的絕緣包扎，不屬現場施工范圍內。如果是安裝單位現場下線操作不當損壞，則損壞的情況只能是現場下線過程中從外向內撞擊或者是擠壓、扭曲線圈所致，如果能把像一束筷子一樣線圈內部的銅線折斷，則外部主絕緣將招致嚴重損壞，那么，在實施線圈交、直流耐壓試驗過程中，主絕緣將被擊穿、試驗無法通過。但事實上是交直流耐壓試驗合格，從而證明此缺陷排除了安裝單位損壞的可能性，屬制造缺陷。

5.2廠家現場代表負有一定責任

由于色爾古水電站定子線圈為圈式線圈，其尺寸屬目前國內最大。考慮到在現場下線，為此，制造廠專門派出專業人員到現場指導安裝單位的下線工作，其目的就是質量把關(合同SEG/JD01-2.4.2及2.18.1條)，對此，其負有一定責任。

5.3安裝單位發現缺陷后既不處理，也不向業主單位反應，應負主要責任

2008年9月10日,安裝單位的試驗人員在作1F機定子試驗時,發現B相線圈直流電阻超標，但安裝人員既未查找原因，也不向業主單位反應、亦不向業主反應，讓此隱患遺留到機組零起升壓試驗時才暴露；不講質量、不按規范安裝。作為一支專業隊伍、富有經驗的承包商，應負主要責任。

5.4試驗人員責任心不強，導致事故擴大，負有一定責任

試驗人員在實施零起升壓時，發現B相無壓、機組保護發出“B相接地故障”的報警后，從B相定子接地到B、C相發生相間短路，有1分05秒486毫秒的時長，而試驗人員未作出反應、查找原因，未引起重視，仍繼續升壓，以至于事故進一步擴大。

5.5監理工程師瀆職，為安裝單位的不合格工序開綠燈，負有一定責任

在安裝單位提交的《定子試驗記錄》2、定子繞組直阻的測試一欄中未作出“可以投入使用”的情況下，監理工程師非但未嚴格要求安裝單位查找原因，還居然簽字，為不合格工序開綠燈，從而使得安裝單位沒有查明原因并返工處理、也為繼續進行下道工序有了“借口”，這是對不講質量、不按規范安裝行為的縱容，嚴重瀆職，負有一定責任。

6應吸取的教訓和防范措施

(1)制造廠應加強對駐現場代表的管理：根據合同SEG/JD01，廠家代表對安裝人員負有技術指導、質量監督的義務，有將質量情況通報各方的責任，因此，制造廠必須加強對駐現場代表的管理，認真履行合同義務和責任。

(2)施工單位須建立、健全質量管理體系：“6.10”事故暴露出施工單位管理體系不健全，導致不合格工序進入下道工序，因此，施工單位必須健全質量管理體系，嚴格按照ISO9000族標準運行。

(3)監理單位必須加強對監理人員的管理：根據國家相關法律法規，監理單位是質量監管的主體，“6.10”事故暴露出監理單位對安裝單位、制造廠監管不嚴，甚至失職，因此，監理單位必須遵守法律法規，加強內部管理，嚴格按規范行使合同義務和責任。

(4)業主單位必須加強對員工的責任心教育：每天召開現場協調會的目的就是暴露矛盾、解決問題，但業主個別現場協調工程師責任心不強，未主動發揮業主的主導地位和作用，既不監管、也不匯報，因此，業主必須加強對員工的責任心教育、工程主體意識教育。

(5)防范措施：定子下線完畢，應嚴格按照電氣設備交接試驗標準《GB50150—2006》GB/T8564—2003執行，各項試驗通過后，嚴格按照啟委會批準的《色爾古電站機組啟動試運行程序大綱》執行，每完成一項內容后需經各方簽字后再進行下一步工作。

陳宇翔(1965-)，男，四川自貢人，副總經理，高級工程師，從事水電工程建設技術與管理工作.

(責任編輯：李燕輝)

收稿日期:2015-01-07

文章編號:1001-2184(2015)03-0099-04

文獻標識碼:B

中圖分類號:TV7;TV737;TV738

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