金屬粉塵致發電機封母絕緣故障分析

張靖宇

(國家能源集團國電電力大同發電有限責任公司，山西 大同 037000)

0 引言

某火電廠600 MW機組發電機出口額定電壓為20 kV,出線采用離相式封閉母線,主回路封閉母線規格為外殼φ1150,導體φ500；高壓廠用變壓器分支封閉母線規格為外殼φ700,導體φ150。封閉母線將發電機、勵磁變壓器、發電機出線電壓互感器和避雷器、主變壓器及A,B高壓廠用變壓器連接在一起。封母的導體和外殼之間采用陶瓷支柱絕緣子,正常工況下,導體與外殼間絕緣良好。

該機組在出現故障前,處于C級檢修狀態,檢修中將高壓試驗不合格的B高廠變進行返廠檢修,B高廠變返廠后,其上方的封母引線連接處,采用鋁筒罩氬弧焊接封堵。

1 故障處理概述

在小修結束準備啟機前,依據華北電網有限公司發布的Q-HBW 14701—2008《電力設備交接和預防性試驗規程》要求,對發電機及出線系統進行絕緣預試,試驗采用水內冷發電機絕緣測試儀,測試儀的額定電壓為5 kV,輸出電流為25 mA。

2019-04-18下午,在對現場進行安全隔離后,開始進行發電機及出線系統絕緣電阻測試,測試結果為19 MΩ,系統絕緣狀況差。經現場討論,決定將封母所連發電機、主變、A高廠變、勵磁變、發電機出線電壓互感器及避雷器的引線全部拆除,對系統進行解列,之后分別對各子部分及獨立封母進行絕緣測試。經測試,系統各子設備絕緣狀況良好,A,C相獨立封母絕緣電阻值分別為52.6 GΩ,54.2 GΩ,B相獨立封母絕緣電阻值為21 MΩ。經過上述測試得出結論,發電機及出線系統絕緣狀況差的原因是B相獨立封母絕緣低。根據Q-HBW 14701—2008《電力設備交接和預防性試驗規程》要求,額定電壓為15 kV及以上全連式離相封母分相絕緣電阻值不應小于100 MΩ。根據以往故障處理經驗,B相封母絕緣下降可能是導體與外殼間氣水含量超標,封母受潮所致。

18日晚,變電檢修人員將B相封母所在的廠房內外數個支持絕緣子拆下,用于封母通風,并投運微正壓裝置。

19日中午,對B相封母進行第二次絕緣電阻測試,電阻值變化仍不明顯。考慮此次檢修中B高廠變進行返廠檢修后,與B高廠變高壓側連接的封母引線采用鋁筒罩進行封堵,懷疑筒罩內可能受潮。檢修人員對筒罩進行鉆孔檢查,未發現有受潮跡象。封母通風措施依舊進行中。

20日上午,經過該廠專家組分析,判斷B相封母可能存在不合格支柱絕緣子,決定對封母施加較高電壓等級的交流電壓,封母絕緣薄弱的部位會發生局部放電現象,通過放電所產生的聲音,迅速診斷故障點。

該次試驗采用串聯諧振式工頻耐壓裝置,額定容量為10 kVA,輸出電壓為0～100 kV。根據《電力設備交接和預防性試驗規程》要求,額定電壓為20 kV封母,正常交流耐壓試驗電壓值為51 kV,所以該次試驗過電壓保護整定設為56 kV。在現場準備就位、安全措施檢查無誤后,對B相封母進行交流耐壓試驗。試驗電壓首先升至20 kV,封母未出現異常現象；后將試驗電壓逐步升高,當升至46 kV時,耐壓裝置的電流表和功率因數表出現小幅度擺動現象,并伴隨B高廠變高壓側引線封堵鋁筒罩內有悶響聲,在維持數秒后,耐壓裝置保護動作,切斷電源,停止試驗。

20日中午,在做好封閉母線接地措施后,檢修人員將鋁筒罩側部切開,發現筒罩內有刺鼻金屬煙塵味,之后使用吹風機進行換氣。待通風半小時后,對B相封母進行第三次絕緣電阻測試,絕緣電阻值上升至55.7 GΩ。待將B相封母通風所拆下的廠房內外支持絕緣子恢復、發電機及出線系統引線連接恢復,對系統整體進行絕緣電阻測試,測試結果達到規程要求,故障排除。

2 故障分析

氬弧焊接技術具有電流密度大、弧光強烈、金屬煙塵大等特點。金屬煙塵是懸浮于空氣中的固體金屬微粒。B高廠變封堵鋁筒罩與引線上方的隔斷套管形成密閉空間,空氣不能參與流通,金屬煙塵達到一定濃度后,將會使整個密閉空間內空氣的絕緣強度降低,這是引起該次故障的直接原因。

18—19日試驗表明,B相封母絕緣低不是因為受潮所致,但可以確定封母導體與外殼間存在導電介質,可能是絕緣子帶有裂紋,或是存在其他導電物質。施加交流電壓的目的在于利用耐壓裝置輸出的高電壓等級,使封母絕緣薄弱部位發生局部放電現象,從而迅速鎖定故障點。

3 防范措施

此類故障具有隱秘性強、危害性大、不易發現的特點,故本次故障的處理對其他發電廠輸變電系統專業具有一定的借鑒意義,現提出以下防范措施。

(1) 在對發電機出線封母進行維修、改造過程中,涉及到切割、焊接作業,必須在作業結束后對封母加強通風,且應注意封母隔斷套管位置,確保整個系統空氣流通,必要時可投入微正壓裝置,避免金屬粉塵聚集在封母內部,造成封母絕緣降低。

(2) 機組在停備后,應持續投入微正壓裝置,減少封母受潮幾率,避免封母絕緣下降。

(3) 交流耐壓試驗為破壞性試驗,耐壓裝置可輸出較高的電壓等級,在查找封母絕緣故障時,可作為一種手段,使不合格絕緣子內部產生較大介質損耗,發生熱擊穿,或使封母內部空氣絕緣低的部位發生局部放電現象。此外,由于施加的電壓等級較高,試驗前必須做好隔離措施,避免人身傷害。