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1、发电机定子接地故障分析及处理李广瑞;王玉江;李义忠;石立斌【摘 要】盘电 1 号发电机曾于 2023 年 2 月 26 日发生定子接地故障.经实行了定子线棒局部更换处理方法,并历经一年时间运行检验,发电机运行状况良好.证明白此种处理方法的可行性,为以后同类型发电机此类缺陷的处理积存了阅历.【期刊名称】华北电力技术【年(卷),期】2023(000)010【总页数】6 页(P58-62,80)【关键词】发电机;线棒;聚四氟乙烯水管;绝缘损坏;接地【作 者】李广瑞;王玉江;李义忠;石立斌【作者单位】中国神华国华电力分公司,北京 100025;天津国华盘山发电有限责任公司,天津 301900;天津国华
2、盘山发电有限责任公司,天津 301900;江苏国华陈家港发电,江苏盐城 224631【正文语种】中 文【中图分类】TM7440 引言天津国华盘山发电有限责任公司(以下简称盘电)两台发电机组均为俄罗斯列宁格勒电力工厂制造 TBB 系列水氢氢冷却发电机。一号发电机型号 TBB-500-2Ey3，视在功率 588 000 kVA，频率 50 Hz，有功功率 500 MW，定子电压 20 kV，定子电流 17 kA，功率因数 0.85，转子电压 530 V，转子电流 3 800 A，接法为双星，额定转速 3 000 r/min，绝缘等级 F，效率 98.6%。于 1995 年 12 月投产。2023
3、年 2 月 26 日 19:42 时，盘电 1 号发电机运行中突发接地故障，现将此次接地故障缘由分析和处理过程总结如下，以供大家借鉴。1 故障经过2023 年 2 月 26 日 19:42 时，盘电 1 号发电机组运行，其有功负荷 500 MW，无功 86 Mvar。发电机 9 号槽线棒温度显示特别，为 59.4，其他线棒最高温度为54。值长联系调度降负荷，同时通知热工人员校对测点。20:05 时，1 号发电机无功负荷由 86 Mvar 降至 24 Mvar。20:06 时，1 号发电机 9 号槽线棒温度升至69.1。20:36 时热工人员对测点校对工作完毕，确认测点工作正常，此刻，9 号槽线
4、棒温度显示 89.5且仍呈缓慢上升趋势。21:08 时，监盘人员觉察 1 号发电机定子绝缘监察表由 3.08 V 上升至 3.88 V。值长马上汇报中调，申请停机。在汇报过程中，21:16 时，1 号发电机定子接地保护动作，造成 1 号发变组跳闸，500 kV 5013、5012 开关跳闸，锅炉主汽安全门动作，汽轮机破坏真空停机。1 号机就地检查发电机定子水气分别器处有气泡冒出。2 缘由分析1 号发电机停机后，拆开发电机两侧端盖(未抽转子)检查，觉察发电机 9 号上层线棒绝缘在汽、励两端靠近槽口处鼓胀(图 1)。发电机抽出转子后，剔开汽侧 9 号线棒绝缘盒进一步检查，觉察 9 号上层线棒汽端回
5、水聚四氟乙烯水管瘪，并且在水电接头四周有裂缝约 22 mm(图 2)。图 1 9 号上层线棒汽、励两侧出槽口处鼓胀图 2 9 号上层线棒汽端回水聚四氟乙烯水管瘪且有裂纹抬动身电机 9 号上层故障线棒后，再经定子剩余线棒水压试验检查时，觉察同一水路的 12 号下层线棒励侧水盒部位漏水(图 3)。撤除 12 号下层线棒进一步检查发现线棒空心导线距水盒根部导线断股(图 4)，造成线棒漏水。通过上述故障现象分析:9 号上层线棒汽端绝缘回水管裂纹是造成该线棒断水、汽塞，以致绝缘鼓胀、损坏接地的主要缘由。在故障发生初期由于绝缘水管漏点小， 在运行中被氢压封住，在虹吸作用下，水不会向外流出，仅向定子水内漏氢
6、。在故障发生后期，由于裂纹扩大造成虹吸破坏，此时氢气封不住冷却水导致水流向外溢出，同时 9 号上层线棒由于断水形成气塞，水不通畅后水流量急剧降低，线棒失去水冷却后，温度快速上升。水汽化后导线温度计算值近 150，线圈进一步受热膨胀，形成爆破性压力，通过热膨胀系数计算，长约 6 m 的线棒约膨胀 16 mm。当槽口处的线棒主绝缘膨胀到达极限值时造成主绝缘断裂，线圈通过低阻防晕层对 铁心放电，造成发电机定子接地保护动作停机。3 检修工艺的制定和实施由于 1 号发电机 9 号槽上层线棒和与其水路相连接的 12 号槽下层线棒均已损坏。需对发电机定子线圈承受局部修理方法，即抬出一个节距的上层线棒共 21
7、 根以及12 号槽故障下层线棒 1 根，总计 22 根线棒，以更换损坏的 12 号槽下层和 9 号上层线棒。具体操作步骤和施工工艺如下。3.1 发电机定子修理施工步骤和工艺要求3.1.1 撤除内撑环和定子两端压板和挡风板(1) 拆卸前，对内撑环、压板及档风板作好标记，测量并记录内撑环距压指外表尺寸。要求标记清楚，记录整齐。(2) 拆掉内、外撑环径向固定螺栓。先拆掉外撑环上的螺帽并清理掉内撑环沉孔内填料，然后取下螺栓。拆卸时要防止损伤发电机其他绝缘部件，尤其留意不能损害绝缘拉杆螺纹、螺母、螺杆。剔除内撑环外圆的环氧填充物。并将内撑环边缘环氧泥清理干净。拆开内撑环与端部压板间的连接螺栓，使用专用工
8、具吊住内撑环，然后使用退内撑环专用工具拆下内撑环。将拆下的内撑环清理干净后存放。留意撤除内撑环的过程中要防止损伤线圈绝缘，同时留意不要损伤轴向压板固定螺杆，取下部件要清理干净妥当保管。拆开压板出槽口侧固定螺栓后即可拆下压板和挡风板， 拆下后清理存放。3.1.2 拆卸 40 号48 号1 号12 号槽上层线棒并抬出 12 号下层线棒(1)退槽楔将 40 号48 号1 号12 号槽，共 21 个槽槽楔全部退出。留意退出过程中不能损坏铁心和线棒绝缘，测量并记录每个槽的槽深尺寸，要求每槽测量不少于 5 点。(2) 撤除绝缘盒间填充物去除与 12 号下层线棒相对应的上层线棒一个节距范围内的绝缘盒间填充物
9、(40 号48 号1 号12 号槽)，去除填充物时，用力要适中，留意勿碰坏线棒及绝缘部件，聚四氟乙烯管等，绝缘零件清理后保存好，缺少的进展加工补充。(3) 拆鼻部绝缘盒(包括引线连接处绝缘)拆卸范围为 40 号48 号1 号12 号槽，绝缘盒内的填充料有两种，外部填料为环氧类填料，并头套及导水管包缠的是硅橡胶带一层，拆时不得损坏引水管零件。(4)解开汽侧鼻端绝缘引水管、拆下励侧连接铜管使用适宜的扳手，留意不能损伤绝缘水管、水管接头外表，同时将水管接头、上下层线棒出入水口用干净布包扎严密或用螺帽封堵，防止杂物进入线棒汇水盒及空心导线内。励端连接铜管要依据线棒鼻部位置进展编号。(5) 焊开、移出引
10、线;焊开、拆下水盒间并头套应将鼻部线棒绝缘用浸水的石棉布、纸等耐火材料包裹严密，并留意发电机内部防护以免焊锡落入发电机内部及火焊烧伤线棒绝缘、支撑部件。(6) 抬出上层线圈、拆出层间绑环首先将线棒绑绳及间隔块剔除、清理干净，使所抬线棒与其他线棒完全脱离连接。 剔除过程中要做好防护，留意不要碰伤线棒主绝缘，和误剔其他线棒绑绳。在抬线 棒过程中要在线棒两侧同时均匀用力，同时定子膛内要加派充分人手。线棒抬出时， 膛内、膛外人员用力要均匀以最大限度削减线棒变形。抬出的线棒放在专用支架上， 并用胶皮与地面隔离。上层线棒抬出后将防碍抬出 12 号下层引线的层间绑环割断拆出。并清理遗留绑绳。清理过程中防止损
11、伤线棒主绝缘，尤其留意端部线棒背部绳头要清理干净，坚决杜 绝废除绑绳遗留现象。(7) 抬出 12 号下层线棒抬出前，测量并记录槽深尺寸，分别剔除 11 号下层与 12 号下层，12 号下层与13 号下层线棒端部绑绳及间隔块，剔除过程中要留神慎重，千万不能损坏 11 号下层、13 号下层线棒绝缘。3.1.3 剩余线棒检查及试验(1)外观检查具体检查下层线圈固定构造的各部件是否松动、磨损。线棒主绝缘是否有磨损、损坏现象。如觉察有磨损等特别现象必需处理。(2) 定子膛内剩余线棒水压试验将定子膛内剩余线棒用连接收连接。通入压力为 0.8 MPa 的分散水进展 8 h 的压力试验，试验过程中要具体记录压
12、力及温度变化。(3) 定子膛内剩余线棒沟通耐压试验水压试验合格后，对槽内剩余线棒进展 34.4 kV，耐压 1 min 的沟通耐压试验。试验结果应合格。3.1.4 回装线棒前的预备工作首先清理、清扫端部、槽内油污，定子槽内及端部应清洁无油污。对定子铁芯进展全面的检查，铁心应无变形、损伤。检查修理定子端部、槽部。留意端部线棒背部 绳头应清理干净，不能有遗留绑绳现象。定子端部固定构造应完好，固定件无松动、磨损现象。3.1.5 回装 12 号下层线棒(1) 用清洗剂清洗槽内，保证槽内无污物，用白布擦拭无污痕。(2) 下线前，在 12 号下层线棒槽底敷设尺寸为 2 mm35 mm5 940 mm 中温
13、固化适形材料垫条 1 层。敷设槽底垫条时，应严格依据图纸施工，不应随便增减其厚度，垫条接头处严禁重叠。(3) 12 号下层线棒嵌放。其轴向定位按铁心轴向中心与线圈轴向中心标记对齐，两端鼻端的轴向尺寸，依据原有的实测结果进展调整、对齐。槽部用螺旋千斤顶把线圈顶到位，并用绝缘木楔沿线棒轴向位置分五段将线棒牢结实定在槽内，并测量槽深尺寸，与拆前尺寸比较，保证线棒回装到位。(4) 下层线圈槽口块、间隔块绑扎:槽口块与间隔块和线圈绑扎前必需加垫浸胶适形毡，垫紧整形后，用 D2 浸胶涤玻绳绑扎，要求必需垫紧绑牢。加工制作的绝缘垫块在使用前必需经过加热除湿处理。将绝缘块放入烘箱内加热到 120，保温 4 h
14、。(5) 12 号下层线棒回装完毕后，在其侧面塞入波浪垫板以充实线棒与槽壁间隙。所塞波浪板方向必需严格依据设计要求，要尽量保证填满线棒与铁心槽壁之间的间隙， 以避开运行中线棒振动和槽内电晕的产生。3.1.6 回装 40 号48 号1 号12 号槽上层线棒(1) 回装层间垫环。绕组端部四道层间垫环中，从铁心端起第 1、2 道垫环承受浸胶涤纶适形材料与 D20 涤玻绳编织，制作垫好。第 3、4 道垫环则承受原件，垫环的轴向位置与四道绑环相对应。垫环与下层线圈间及垫环与上层线圈间配垫浸中温固化胶的适形材料。为抬出下层线棒而割断的绑环，承受在绑环割断处开槽，使用相应厚度的楔块连接、胀紧固定。(2) 嵌
15、放上层线棒。将线棒依据拆下挨次逐槽回装，替换的线棒必需经各项试验合格。线棒嵌放前绕组槽内层间垫 5 mm 适形材料。线棒入槽后用千斤顶把线棒顶到位。用工具槽楔将线圈固定在槽内并压紧到位。并测量槽深尺寸，并与拆前数据比较，保证楔下垫条不小于 1 mm。(3) 上层线圈槽口块、间隔块绑扎。槽口块与线圈间加适形材料用 D2 浸胶涤玻绳绑扎。间隔块及绑绳要求必需垫紧绑牢。3.1.7 中温固化及固化后试验上层线棒(承受中温胶)下线完毕后要进展中温固化。承受敷设蒸汽管道利用吹热风加热法，温度应掌握在每小时上升 1015为宜，待温度升至 80 +5时，由专人每小时记录一次温度变化值。线棒固化保温 36 h，
16、待中温胶完全固化后，工作完毕。中温固化完毕后，对上、下层线圈做整体沟通耐压试验、试验电压 39 kV，保持 1 min。并测量槽电位，待电气试验合格后。回装线棒槽内侧面波浪板。所塞波浪板方向必需严格依据设计要求，波浪板要求塞添装实并且均匀。波浪板回装完毕，阅历收合格后，将线圈端部整体喷覆 9130 环氧绝缘漆，漆膜应均匀。3.1.8 安装、焊接并头套(1) 首先，在安装前将并头套及楔、线棒接头，进展搪锡处理。搪锡前对并头套和线棒接头进展处理，去掉毛刺和氧化层。安装并头套时，如上、下层线棒接头不对应时应进展修整，避开蛮力强制线棒头与并头套结合，以免产生较大应力，使线棒变形、绝缘损坏。套好并头套后
17、用对头楔楔紧线棒，然后用 HlSnPb58-2 锡焊料承受中频焊机进展感应加热、焊接。焊前用石棉纸保护好线棒绝缘及端部绝缘件， 并用石棉带、石棉纸等封堵线棒端部，防止加热时焊锡漏出，滴落在线棒上损坏绝缘。(2) 并头套焊接完毕后，对焊接部位承受测直阻、大电流红外成像及压降法等试验方法综合推断焊接质量，对不合格的进展补焊(大电流红外成像检验方法:将发电机定子中性点 6 根出线串联连接，通入 1 5002 000 A 直流电流，用红外成像仪推断发热点)。3.1.9 装配相间连接线按原标记和相序号装配引线。装配前对装配部位进展修理、整形，并调整。焊接部位应去除氧化层。在确认引线装配良好及线棒水盒内清
18、理干净无遗留物后使用HlAgCu80-5 银锡焊料进展焊接。焊接时留意做好防护，避开火焰损坏线圈绝缘。焊接完毕后，测量分支路直流电阻，直阻合格后工作完毕。3.1.10 装配汽端绝缘引水管和励端线棒连接铜管(1) 装配前应具体检查绝缘管内和连接线棒水盒内清洁、无遗留物。(2) 汽侧绝缘引水管回装过程中要留神慎重，连接水管时要消退水管应力，防止水管捌劲、受力，并调整水管上下处于同一平面，以便于端部绝缘槽盒的扣装。水管两头要与所连接的线棒接头和汇水环侧锁死。如觉察连接头处渗漏，可承受加垫碗状铜垫的方法予以消退。(3) 回装励侧连接铜管时要调整连接收的安装尺寸，避开线棒受力，必要时将连接铜管从中部锯开
19、，承受加装套管接头并钎焊的方法消退安装应力。如觉察连接头处渗漏，可承受加垫碗状铜垫的方法予以消退。3.1.11 整体水压试验及手包绝缘处理水管回装完毕后，对发电机定子绕组进展超声波流量试验及整体压力为0.8 MPa， 时间保持 24 h 的水压试验。试验合格后进展端部引线手包绝缘，使用浸胶 B 级云母带承受半叠绕 810 层处理。绝缘包完后，待内撑环回装后一并加热固化，温度为 80 +5，固化时间 36 h。3.1.12 安装两端绝缘盒，端部清理及绝缘盒缝隙封堵环氧泥必需灌实，不能使水管与槽盒外壳接触，保证电位外移合格(标准为:中性点接地，外部通入 2 000 V 直流电压，直流电流不大于 8
20、 A)，槽盒绑扎结实。3.1.13 回装内撑环，并将绝缘拉杆安装到位，销钉打好，回装轴向压板及档风板先试装两端内撑环，调中心误差在0.5 mm，轴向位置参照原始记录及轴向压板位置调整。调好后，测量内撑环锥面与线圈外表间隙，然后取下撑环，依据测量数据配垫中温固化适形材料，压缩量按 40% 60%计算，然后用千斤顶将内撑环顶到正确位置。将楔块及绝缘螺杆配装后把紧绝缘螺杆。压板及挡风板按拆时所做标记回装。回装时在压板和挡风板下配垫日字形适形毡， 以免端部漏风，适型毡压缩量应到达 40% 60%，适型毡边缘要有能够突出的沿， 将挡风板用 D2 涤玻绳绑紧，用手按压不应有明显变形。压板跟部用涤纶毡和适量
21、环氧泥配装，要填满、塞紧，拐弯局部用适型毡和环氧泥适形，留意环氧泥不能散， 应用涤纶毡作成兜子外形。内外撑环及绝缘盒间用环氧泥布满、塞实。塞填时，使 用浸胶涤纶毡将内撑环内侧轴向间隙塞实，以免环氧泥塞过，掉入线棒缝隙，在运 行中振动导致线棒磨损。环氧泥填充完毕后，要具体检查环氧泥的填充状况，将残 留的环氧泥清理干净。3.1.14 绕组端部烘焙固化鼓风加热时，应用专用堵板从汽励两端将定子铁心膛内挡住，以集中加热绕组端部。并在发电机端部加装测温元件以监控加热温度，温度的上升不应过快，应掌握在每 小时 1015为宜，待温度到达 80 +5时记时，保温 36 h 后待适形材料全部固化后加热工作完毕。3
22、.1.15 回装定子槽楔打槽楔应从定子膛内中部向两侧逐块、逐槽打紧，留意工器具的试用，用力要适当， 避开打击力度过大损伤定子铁芯。在打紧过程中随时用敲击法检验槽楔的松紧程度。使用鸭嘴锤敲击各段槽楔，依据声音推断槽楔是否松动，每节槽楔空响1/3 槽楔长度，每槽松动槽楔数量不超过全槽的 1/5，不允许有连续 3 块松动，靠槽口第一、二段槽楔不得松动。槽楔缺口必需对准铁心风道，以免堵塞铁心通风道，影响散热。打端部测温元件处压紧槽楔时，要留意防止用力过猛，打坏测温元件和测温线，在 打紧过程中要随时测量测温元件电阻，一经觉察损坏马上处理。端头槽楔打紧后用D2 涤玻绳绑牢。槽楔打完检查合格后，用吸尘器彻底清净膛内及两端杂物。3.2 线棒回装后的试验定子嵌线工作全部完毕后，对发电机做如下试验:(1) 直流耐压、泄漏。(2) 沟通耐压试验，30 kV。(3) 绕组端部振形模态试验。应在 94115 Hz 以外，并与原测定值比较。(4)依据需要做定子铁损试验。检查铁心是否有损坏部位并处理。4 结论1 号发电机定子接地故障在经局部更换线棒处理后，历经一年时间的稳定运行。在2023 年 2 月一号机组C 级检修期间，发电机经抽转子解体检查觉察，更换后的线棒运行状况良好，未再次发生绝缘鼓胀等损坏现象。说明此种故障处理方式完全满足运行要求，为以后发电机此类故障现象处理积存了贵重阅历。