新村电站发电机定子线圈绝缘击穿故障分析

李超峰

(新村电力有限责任公司，四川　乐山　610004)

新村电站发电机定子线圈绝缘击穿故障分析

李超峰

(新村电力有限责任公司，四川乐山610004)

1概述

新村电站地处四川省乐山市境内，是大渡河支流小河流域末级电站，国营性质。始建于1987年底，于1990年3月建成发电，共安装2台水轮发电机组，总装机容量2×3 200 kW。电站属无调节引水式高水头电站，设计引用流量5.0 m3/s、设计水头171.6 m，主要机电设备有2台水轮发电机组，其中水轮机型号HL100—WJ—84，发电机型号SFW3200—6/1730，转速1 000 r/min。2007年2月进行了发电机的增容改造，即将原定子2×4.75 mm铜线圈更换为2.24×5 mm铜线圈；将原B级绝缘升级为F级；以及更换相应的槽楔、垫条等附件和材料。

2故障过程及现象

2015年4月15日10时15分，伴随着一声“砰”的爆炸，警铃、蜂鸣器、报警音响大作，2号发电机电器事故，差动保护动作、开关跳闸、水机停机。经现场排查，6 kV电缆、CT、变压器均未见异常。拆除发电机首、末端引线后，摇测发电机定子线圈对地绝缘分别为：A相4 MΩ；B相0.4 MΩ；C相为0。至此，基本确定发电机线圈故障(见图1)。

拆除发电机两侧边盖现场观察：发电机冷却风通道两侧均有数量不等散落的槽楔、垫条；线圈表面附着较多碳刷与油污混合(见图2)。

从图中可看出，线圈叠压处有明显摩擦伤痕，局部外表层已有脱落现象。

图1　发电机定子线圈未分解时情况

图2发电机线圈分解后情况

经对线圈进一步逐个检测后，发现10支线圈绝缘明显降低，其中C相2支为对地直接击穿，8支为短路瞬间受弧光灼伤所致。观察线圈表面及内层绝缘体未见绝缘老化痕迹或表象,这2支故障线圈下端层间有较多黑色油泥附着物及散落的个别槽契和垫条。

从现场情况以及试验数据来看：部分线圈、固定绑绳有松动情况，线圈上层与下层之间窄边处主绝缘磨损严重，宽边防晕层完好。击穿点位于线圈下端部弯曲处，有接近10 mm防晕层消失，主绝缘磨损，清晰可见铜线圈，故障处仍可见散落的垫条和附着的碳灰泥。其他8支线圈情况基本相同，磨损情况尚未达到击穿条件。

3原因分析

3.1引起线圈振动的振源分析

(1)发电机运行时，转子在定子内腔旋转，由于定子、转子磁场的相互作用，定子机座将受到1个旋转力波的作用，从而发生周期性的变形并产生振动。振动大小则和旋转力波及机座刚度直接有关。由于定子铁芯槽内的线圈是叠绕式的，上、下层各有1根不同相，机组在运行过程中，定子绕组三相电流在同一时间内、同一槽内的线圈总是存在相吸或相斥。由于相位的差别，吸力会有1个周期性的强弱变化，所以同一槽内线圈之间固定存在1个低频振动。

(2)气隙不均匀引起的电磁振动。在一般情况下，因制造加工和现场装配工艺的原因，气隙不均匀(或称气隙偏心)总是在合理的范围内存在。

(3)在机组运行的情况下，流体—机械—电磁3部分是相互影响的。比如，当转子质量分布不均匀时，产生了重心位移，不平衡重量在旋转时将产生单边离心力，引起了变化的支撑力，因而产生机械振动。同时，发电机的固有频率与水轮机尾水脉振频率产生共振，也会造成机械振动。

3.2线圈故障现状表现分析

下层线圈端部直接在端环上绑扎，且在槽底受到空间限制，固定牢固能够随定子整体一致振动，未发现相互位移摩擦痕迹；上层线圈部分垫条、槽契完全脱落，存在与下层线圈的相对振动位移，力度较大。造成上层线圈发生短路的直接原因是固定出现了松动。松动的原因是固定用半导体垫条不够，加上更换线圈时在压实垫条和打紧槽契的施工工艺存在缺陷，造成线圈固定刚性不统一，槽契与线圈天然地存在一定的弹性空间，在多种振动力量的综合作用下，上、下层线圈产生了一定的径向相对运动。随着时间的推移积累，松动的垫条、槽契逐渐脱落，在冷却风的吹带下，散落过程中对线圈绝缘造成了伤害，通过铁芯通风孔散落在外，松动加剧，相对位移增加，上层线圈层间表面放晕层、绝缘层不断地被破坏，逐渐伤及主绝缘；由于端部线圈承受的激振力较大，磨损首先破坏了端部线圈的主绝缘，造成线圈短路被击穿。

4防止此类事故的措施

(1)在设备设计制造过程中严格把握发电机线圈防晕技术及其线圈下线安装固定工艺。

(2)对于已经投运的发电机在每年检修期间都必须注意检查定子线圈槽契、垫条的松紧状况，注意观察定子线圈端部的外观情况。

(3)安装水轮发电机稳定性专家故障诊断和在线局放检测系统。

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责任编辑吴昊

收稿日期：2016-01-19

作者简介：李超峰(1969-)，男，工程师，主要从事水电站生产管理工作。