燈泡貫流式水輪發電機定子接地故障分析與處理

劉建峰，葉美紅，武繼超

（福建閩興水電有限公司，福建南平353000）

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燈泡貫流式水輪發電機定子接地故障分析與處理

劉建峰，葉美紅，武繼超

（福建閩興水電有限公司，福建南平353000）

結合已發生的一次燈泡貫流式水輪發電機定子接地故障，詳細介紹了故障查找過程和原因，選擇了不拆機的修復方案，并簡要介紹了定子線棒修復工藝，為同類型水輪發電機故障搶修和設備維護提供借鑒。

貫流式；水輪發電機；定子接地；鐵芯

1　引言

峽陽水電廠位于福建省南平市西北郊，是富屯溪干流順昌以下河段開發的第二級電站，2001年12月首臺機組并網發電，2002年6月全部建成投產。電站裝有3×14.6MW的燈泡貫流式水輪發電機組，發電機型號為SFWG14.6-70/6220，采用條式波繞組，機組額定電壓6.3 kV，由天津某合資廠設計制造。

2014年9月，該廠2號發電機運行中發生定子接地故障，用2 500 V量程兆歐表測量C相定子繞組對地絕緣電阻為0MΩ。因峽陽水電廠為徑流式水電站，機組采用臥式安裝結構，且發電機內部空間十分狹窄，一旦發生發電機本體故障，不像立式水輪發電機組那樣可以采用橋機方便吊出轉子磁極以對定子疑似故障部位進行檢查，一般要將機組轉入大修處理，這樣勢必大大增加檢修成本，機組長時間停運，造成大量棄水損失，因此能否在不拆機的前提下進行故障處理十分重要。

2　故障檢查與分析

在未拆除發電機定子引線的情況下，檢修人員用2 500 V兆歐表分別測量發電機三相定子繞組絕緣電阻為：720MΩ/A相、800MΩ/B相、0MΩ/C相，判定故障相為C相。對定子端部進行全面檢查，并拆除發電機出線和中性點連接電纜，檢查機端電壓互感器、電流互感器等外部設備絕緣均正常，判斷故障點在定子繞組內部。用500V兆歐表測量C相定子繞組絕緣電阻也是0，接著用數字萬用表測量C相對地電阻為60~100 kΩ，屬于金屬性不穩定低阻接地。

因發電機定子每條支路線棒很多，若故障點發生在線棒端部，則基本上可憑目測發現故障點；若故障點在直線段即鐵芯槽內，則靠目測無法發現。因定子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測量有一定誤差，且依靠計算得出的電阻值也無法準確定位故障點，目前市場也無檢查這類故障的測試定位儀器，故排除此方法。首先采用交流加壓觀察法，用交流耐壓儀對C相繞組逐漸升壓燒接地電阻，但因耐壓儀輸出電流很小，只有幾安培，因此未發現弧光閃絡點，但經加壓后的C相接地電阻由試驗前的100 kΩ左右降至40Ω左右。接著采用直流電焊機燒穿法查找，在C相繞組兩端對地加壓，通入直流電壓150V，當輸出電流升至38A時，發現305號線棒槽端部有火花放電現象，基本確定故障點。此方法的主要缺點是較大的電流在燒穿故障點的同時，也可能對線槽局部鐵芯造成損傷，因此只有其他方法無效時才采用。

隨后拆卸出一個轉子磁極，給故障線棒起把騰出一定操作空間。切割故障線棒并頭盒，去除并頭盒中的灌注膠，線棒并頭脫焊分離后將該線棒起把。然后對其余繞組做直流耐壓試驗，無異常現象，可知，僅305號線棒絕緣擊穿。查看拆下的故障線棒，發現線棒位于出槽口處絕緣有一擊穿點，穿點周圍的絕緣被燒碳化，形成凹坑，電磁線裸露，如圖1。再檢查與線棒絕緣穿點對應位置的鐵芯，發現該處鐵芯端部齒有松動，最外層扇形片齒部翹起，周圍鐵芯表面復蓋漆被放電烤成黑色。因此推斷故障直接原因為鐵芯端部齒松動，翹起的扇形片齒部在電磁振動和機械振動作用下不斷刮擦305號線棒絕緣，造成305號線棒對地絕緣減薄而擊穿。間接原因為止壓塊壓指長度設計不夠，沒有把鐵芯端部硅鋼片全部壓住固定（約1 cm深度的硅鋼片未壓住），使得端部硅鋼片容易松動和發生斷齒。

圖1　305號線棒絕緣擊穿點

3　修復方案的選擇

在不拆機的前提下，修復該損毀線棒有3種方案可供選擇：

（1）制作短接銅排，將故障線棒短接。短接后由于該相定子線棒數量相比其他兩相少，從而造成三相電阻值不平衡，定子三相電流不一，也使得中性點電流增大。采用此方案可能加大機組電磁振動，因機組距離大修時間還較長，實際中未采用。

（2）制作定子線棒接頭專用連接盒進行灌錫連接。通過在連接盒中灌注錫的方式將上、下層線棒進行連接，再將連接盒進行絕緣包扎。此方法需要制作專用連接盒，其材料應能經受液態錫的高溫，且由于線棒空間有限，連接盒尺寸也不能太大，這就難以保證連接的質量。因連接盒材料難選，短時間也難以制作，故排除此方案。

（3）采用銀銅焊工藝更換線棒。這樣既能保證維修質量，又無需制作專門連接盒，能夠在較短的時間對電機進行修復，為機組盡快投入運行，降低由于故障造成的損失創造條件。實際采用該方案。

圖2　緊固松動的鐵芯端部齒的方法

4　修復工藝實施

定子修復工藝分兩項進行：①更換305號線棒；②緊固松動的鐵芯端部齒。

貫流式水輪發電機特有的狹窄空間給施工造成很大困難，只能利用查找故障時拆下一個轉子磁極獲得的空間來更換故障線棒，并通過手拉葫蘆轉動轉子來對其他定子鐵芯端部齒進行檢查。因沒有足夠空間來操作中頻焊機，只能采用氣焊方法焊接線棒并頭。當然，相應安全措施和對相鄰線棒的防護措施要到位。

4.1更換故障線棒工藝步驟

（1）清理定子鐵芯槽。

（2）按順序裝入層間墊條、上層線棒、楔下墊條。下線時，線棒中心線應與中心線對齊，同時顧及線棒斜邊間隙及兩端伸出槽口的長度，將線棒嵌入槽中。

（3）打緊槽楔。打槽楔時，上下端兩根槽楔應無空隙，其余各槽楔有空隙的長度不應超過槽楔長度的1/3；槽楔表面不得高出內圓表面。

（4）繞組綁扎。

（5）繞組并頭低銀釬焊。焊接時用浸滿水的石棉繩纏繞在裸線上隔熱，用石棉布復蓋表面防護線棒和鐵芯，相鄰的并頭盒也用浸水的石棉布包裹，以防氣焊燒傷。焊接時，要求焊縫飽滿光滑。各接頭焊接電阻最大最小值之比不超過1.2倍。

（6）繞組并頭盒灌注膠。并頭盒灌膠要飽滿，盒外表面要光滑，不能有膠瘤等。

4.2緊固松動的鐵芯端部齒的方法

如圖2，鐵芯用電氣清洗液沖凈涼干后，涂上絕緣漆，盡量使絕緣漆滲入片間縫隙中。然后用不銹鋼制成的斜楔（如圖3）打入鐵芯端部齒和齒壓板之間，將鐵芯齒壓緊，注意斜楔不要墊歪，不得突出鐵芯內徑。再用不銹鋼焊條將斜楔和齒壓板點焊牢固。點焊時需要對線棒絕緣、鐵芯進行保護，防止焊渣飛濺到上面，斜楔上的孔可用木塞封堵。清理修復后的定子，按大修標準進行定子繞組電氣試驗，合格后噴復蓋漆。

圖3　不銹鋼斜楔圖

5　結語

峽陽水電廠2號發電機定子搶修工作從故障發生到修復僅用了2個工作日，修復后電氣試驗一次合格。綜合搶修過程，有兩點經驗供參考：

（1）據統計，在發電機定子線棒絕緣擊穿故障中，因定子鐵芯端部齒松動造成絕緣擊穿的機率最高，因此在發電機例行檢修時應特別注意檢查鐵芯緊度。若發現鐵芯端部有明顯松動或硅鋼片斷齒，則應取下斷齒，采用嵌入不銹鋼斜楔的方法進行處理；若發現輕微松動，可插入云母片塞牢，并刷涂配好的環氧樹脂膠進行處理。

（2）采用不拆機方案搶修貫流式發電機，雖然發電機空間狹窄給施工帶來很大困難，但是只要查找試驗方案科學，修復工藝合理，并嚴格把握每個步驟、每個環節的施工工藝，就可以大大縮短故障處理時間，降低停電損失，從而使設備不安全事件等級由一般事故降低為一次非計劃停運。

[1]龔坰.電機制造工藝學[M].北京：機械工業出版社,1983.

[2]劉云.水輪發電機故障處理與檢修[M].北京：中國水利水電出版社,2002.

TM312

B

1672-5387（2016）02-0064-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.02.019

2015-08-10

劉建峰（1969-），男，高級工程師，從事水電電氣技術研究和生產管理工作。