水電站發電機定子線圈燒斷事故分析與處理

朱 云 新， 荀 國

(1.長委陸水樞紐工程局機電安裝工程處，湖北 赤壁 437302；2.武漢市陸水自動控制技術有限公司，湖北 赤壁 437302)

1 概 況

某水電站新安裝一臺軸流轉漿式機組，發電機型號為SF14.5-32/5100，裝機容量14.5 MW，轉輪直徑φ3.4m，額定轉速187.5 r/min，設計總引水流量146.5 m3/s，多年平均發電量10 141萬kWh，年利用小時數4 316 h。該機組于2013年6月19日整體安裝完成，24日凌晨4:30完成啟動試運行相關試驗后，機組正式進入72 h試運行。

2 事故現象及檢査

2.1 事故現象

2013年6月24日下午4:00左右，新裝機組有功負荷由5.1 MW調整至10.3 MW，運行約7分鐘左右，施工項目部試運行人員發現受油器頂罩、發電機上蓋板進人孔處有煙霧及異味飄出，遂緊急停機檢查，發現定子-x與+y方向，線圈上端部有一處線圈被燒毀，大量黑灰噴濺到轉子及上擋風板上，周邊火災報警的感溫及感煙探頭、測溫導線也被燒毀(圖1)。

2.2 事故檢查

事故發生后，業主召集施工項目部、自動化監控、保護廠家及設備廠家共同勘察了事故現場，查閱了發電機制造廠交接試驗報告及啟動試運行報告，討論和分析了事故發生原因。

3 事故原因分析

3.1 制造廠線棒接頭焊接質量問題

在對定子線圈燒毀部位檢查時，剝離出一段一端燒斷而另一端斷口光滑、無焊接痕跡的銅線棒，據此判斷造成事故的主要原因為機組制造廠家在定子線棒接頭焊接時未按照工藝要求進行施工，定子線棒上端頭部分線棒接頭漏焊、搭接長度不夠或焊接不良造成接觸面積不夠，導致接觸電阻過大，運行時電流密度過大，機組帶小負荷時雖有發熱但不至于損壞線棒間絕緣，但一旦增大負荷發熱嚴重后引起接頭部位溫度過高造成線圈棒絕緣損壞并擊穿，形成A相線圈匝間短路，直接導致定子A相線圈局部燒斷事故。

圖1 發電機定子線圈燒毀情況

3.2 交接試驗時對異常數據的疏忽

(1)定子線圈是機組設備廠家在現場組裝完成試驗合格并移交業主后由施工項目部負責安裝的，經查閱廠家現場交接試驗報告，發現定子繞組直流耐壓試驗中試驗電壓達到發電機額定電壓的3倍時A相直流泄漏電流略大于B、C相電流，其中A相：52 μA 、B相：34 μA 、C相：28 μA，根據《GB 50150 電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》里規定的各相泄漏電流(定子三相繞組泄漏電流反映定子繞組的絕緣狀況，泄漏電流越大反映絕緣程度越差)的差值不應大于最小值的 100%，試驗結果滿足標準要求，但合格值已達臨界，且由于交流耐壓試驗合格，所以沒有引起施工項目部調試人員的注意，機組繼續帶故障隱患試運行，此為本次事故發生的次要原因。

(2)早在本臺機組啟動試驗進行到機組升壓階段，當機組升壓至額定電壓時機端電壓互感器三相相電壓實測數據為A相56.52 V，B相57.28 V，C相57.57 V，零序電壓為16.4 V，本機組定子零序過壓保護定值為：Uz=8 V。施工項目部調試工作人員懷疑是機端電壓互感器發生諧振引成機組電壓不平衡而造成的中性點偏移所致，采取了在電壓互感器二次側安裝白熾燈來消諧的做法，再次測量零序電壓10.2 V有所減小但是故障仍未消除，更換整組備用電壓互感器后三相相電壓無變化，零序電壓降至8.1 V雖然有所改善故障仍未消除。零序電壓是由于發電機定子三相電壓不平衡引起的，而引起定子三相電壓不平衡的原因之一就是發電機定子繞組發生內部相間短路或單相線圈匝間短路，此種原因引起的零序電壓過高時會造成定子線圈燒壞，嚴重時更是會造成鐵芯燒壞。

4 事故處理

4.1 處理方案的確定

由于事故機組為新裝機組，業主否決了機組設備廠家更換部分不合格線圈的提議，堅決要求更換全部線圈，又因機組啟動試運行期間恰逢河流豐水期，在這種情況下如果吊出上機架、轉子進行定子維修處理的話，勢必造成維修費用和時間的增加，面臨大量棄水增加間接經濟損失的可能，后經業主、機組設備廠家及施工項目部反復討論、研究選取既能提供定子維修工作面又能減少經濟損失的維修方案，決定在不吊出轉子只吊出定子的情況下對定子線圈進行全部更換處理。

4.2 處理方案的實施

4.2.1 定子線圈更換

為了在不吊出轉子的情況下將定子吊出機坑，施工項目部將機組受油器、上機架、上擋風板、空冷器及聯接管路拆除，然后松開定子基座固定螺栓，調整定子吊裝鋼絲繩的受力，確保定子吊起過程中定子和轉子之間的空氣間隙基本均勻，避免轉子磁極與定子線圈摩擦，損壞轉子和定子線圈造成不必要的經濟損失。定子吊出至安裝場檢修平臺移交機組設備廠家后，廠家人員進行原線圈的拆除并新更換線圈的組裝工作。

4.2.2 定子線圈接頭處理

針對此次事故暴露出來的安裝質量問題，機組設備廠家定子現場組裝人員在對線圈接頭焊接時加強質量控制，著重檢查、清理極間連接線圈端部需焊接的部位；根據連接位置剪去多余的股線長度；嚴格按氧-乙炔焰焊接操作規程進行焊接，焊接前用浸透水的脫脂棉花將線圈端頭包裹住防止絕緣損傷；接頭焊接后，除去石棉保護墊，用銼刀銼平高點、修光毛刺，用吸塵器清掃干凈；接頭焊接完成后先進行外觀檢查，確保接頭整齊、光滑，焊料填充飽滿；然后再進行極間連接線的絕緣包扎，檢查確認極間連接線原有絕緣在搭接處的狀況無異后，清理干凈絕緣搭接面，按設計要求進行絕緣包扎，絕緣搭接 30 mm。

4.3 處理后試驗結果

定子全部線圈更換處理完成后，廠家試驗人員進行了定子現場交接試驗，經業主、監理及施工項目部見證，按交接試驗標準復核所有試驗數據均合格，其中定子繞組直流耐壓試驗中試驗電壓達到發電機額定電壓的3倍時三相直流泄漏電流均衡，A相： 2 μA 、B相：3 μA 、C相：2 μA，與之前數據相比已有較大改善。

試驗完成后重新進行機組啟動試運行，機組運行情況正常。當機組升壓至額定電壓時機端電壓互感器三相相電壓實測數據為A相57.52 V，B相57.58 V，C相57.57 V，零序電壓為0.4 V。與之前數據相比也有較大改善。

5 處理后的經濟評價

在不吊出轉子只吊出定子的情況下維修更換定子全部線圈的方案較吊出轉子不吊出定子的常規檢修方案，節約檢修工期約一半左右，前者檢修工期只用了15天，后者按B級檢修一般在30天左右，光發電收益就減少了208萬元的經濟損失(上網電價按0.45元/kW·h計算)。

6 經驗與教訓

(1)通過此次事故，機組設備廠家應總結經驗教訓，在后續的設備制造安裝過程中嚴格按照機組安裝規范以及工藝流程施工，確保每一道工序質量合格；電氣交接試驗班組也應針對此次設備事故吸取教訓，嚴格按照交接試驗規程進行電氣設備高壓試驗，發現缺陷及時處理。

(2)機組安裝單位也應組織分析事故原因，電氣調試特別是繼電保護裝置及二次回路調試嚴格按照有關試驗規程進行，確保設備在事故時能正確動作及時切除故障，確保運行安全。

(3)項目建設管理單位及監理單位應嚴格遵守建設管理和監理職責，把好現場設備安裝、試驗的每一道關，確保施工質量安全。

7 結 語

如果一絲不茍地把好質量關，這樣的事故應該是可以避免的。通過這次事故處理，應認真吸取經驗教訓，積累工作經驗，任何工程施工質量管理不僅僅與施工安裝單位有關，更與設備制造廠家的生產質量管理相關，各參建單位在狠抓工程進度的同時質量監督必須到位，任何一方忽視工程質量管理都是得不償失的，只會造成更大的損失。