灯泡贯流式水轮发电机定子接地故障分析与处理

刘建峰，叶美红，武继超

（福建闽兴水电有限公司，福建南平353000）



灯泡贯流式水轮发电机定子接地故障分析与处理

刘建峰，叶美红，武继超

（福建闽兴水电有限公司，福建南平353000）

结合已发生的一次灯泡贯流式水轮发电机定子接地故障，详细介绍了故障查找过程和原因，选择了不拆机的修复方案，并简要介绍了定子线棒修复工艺，为同类型水轮发电机故障抢修和设备维护提供借鉴。

贯流式；水轮发电机；定子接地；铁芯

1　引言

峡阳水电厂位于福建省南平市西北郊，是富屯溪干流顺昌以下河段开发的第二级电站，2001年12月首台机组并网发电，2002年6月全部建成投产。电站装有3×14.6MW的灯泡贯流式水轮发电机组，发电机型号为SFWG14.6-70/6220，采用条式波绕组，机组额定电压6.3 kV，由天津某合资厂设计制造。

2014年9月，该厂2号发电机运行中发生定子接地故障，用2 500 V量程兆欧表测量C相定子绕组对地绝缘电阻为0MΩ。因峡阳水电厂为径流式水电站，机组采用卧式安装结构，且发电机内部空间十分狭窄，一旦发生发电机本体故障，不像立式水轮发电机组那样可以采用桥机方便吊出转子磁极以对定子疑似故障部位进行检查，一般要将机组转入大修处理，这样势必大大增加检修成本，机组长时间停运，造成大量弃水损失，因此能否在不拆机的前提下进行故障处理十分重要。

2　故障检查与分析

在未拆除发电机定子引线的情况下，检修人员用2 500 V兆欧表分别测量发电机三相定子绕组绝缘电阻为：720MΩ/A相、800MΩ/B相、0MΩ/C相，判定故障相为C相。对定子端部进行全面检查，并拆除发电机出线和中性点连接电缆，检查机端电压互感器、电流互感器等外部设备绝缘均正常，判断故障点在定子绕组内部。用500V兆欧表测量C相定子绕组绝缘电阻也是0，接着用数字万用表测量C相对地电阻为60~100 kΩ，属于金属性不稳定低阻接地。

因发电机定子每条支路线棒很多，若故障点发生在线棒端部，则基本上可凭目测发现故障点；若故障点在直线段即铁芯槽内，则靠目测无法发现。因定子绕组分支直流电阻很小，即使是金属性接地，采用直流电阻比较法测量有一定误差，且依靠计算得出的电阻值也无法准确定位故障点，目前市场也无检查这类故障的测试定位仪器，故排除此方法。首先采用交流加压观察法，用交流耐压仪对C相绕组逐渐升压烧接地电阻，但因耐压仪输出电流很小，只有几安培，因此未发现弧光闪络点，但经加压后的C相接地电阻由试验前的100 kΩ左右降至40Ω左右。接着采用直流电焊机烧穿法查找，在C相绕组两端对地加压，通入直流电压150V，当输出电流升至38A时，发现305号线棒槽端部有火花放电现象，基本确定故障点。此方法的主要缺点是较大的电流在烧穿故障点的同时，也可能对线槽局部铁芯造成损伤，因此只有其他方法无效时才采用。

随后拆卸出一个转子磁极，给故障线棒起把腾出一定操作空间。切割故障线棒并头盒，去除并头盒中的灌注胶，线棒并头脱焊分离后将该线棒起把。然后对其余绕组做直流耐压试验，无异常现象，可知，仅305号线棒绝缘击穿。查看拆下的故障线棒，发现线棒位于出槽口处绝缘有一击穿点，穿点周围的绝缘被烧碳化，形成凹坑，电磁线裸露，如图1。再检查与线棒绝缘穿点对应位置的铁芯，发现该处铁芯端部齿有松动，最外层扇形片齿部翘起，周围铁芯表面复盖漆被放电烤成黑色。因此推断故障直接原因为铁芯端部齿松动，翘起的扇形片齿部在电磁振动和机械振动作用下不断刮擦305号线棒绝缘，造成305号线棒对地绝缘减薄而击穿。间接原因为止压块压指长度设计不够，没有把铁芯端部硅钢片全部压住固定（约1 cm深度的硅钢片未压住），使得端部硅钢片容易松动和发生断齿。

图1　305号线棒绝缘击穿点

3　修复方案的选择

在不拆机的前提下，修复该损毁线棒有3种方案可供选择：

（1）制作短接铜排，将故障线棒短接。短接后由于该相定子线棒数量相比其他两相少，从而造成三相电阻值不平衡，定子三相电流不一，也使得中性点电流增大。采用此方案可能加大机组电磁振动，因机组距离大修时间还较长，实际中未采用。

（2）制作定子线棒接头专用连接盒进行灌锡连接。通过在连接盒中灌注锡的方式将上、下层线棒进行连接，再将连接盒进行绝缘包扎。此方法需要制作专用连接盒，其材料应能经受液态锡的高温，且由于线棒空间有限，连接盒尺寸也不能太大，这就难以保证连接的质量。因连接盒材料难选，短时间也难以制作，故排除此方案。

（3）采用银铜焊工艺更换线棒。这样既能保证维修质量，又无需制作专门连接盒，能够在较短的时间对电机进行修复，为机组尽快投入运行，降低由于故障造成的损失创造条件。实际采用该方案。

图2　紧固松动的铁芯端部齿的方法

4　修复工艺实施

定子修复工艺分两项进行：①更换305号线棒；②紧固松动的铁芯端部齿。

贯流式水轮发电机特有的狭窄空间给施工造成很大困难，只能利用查找故障时拆下一个转子磁极获得的空间来更换故障线棒，并通过手拉葫芦转动转子来对其他定子铁芯端部齿进行检查。因没有足够空间来操作中频焊机，只能采用气焊方法焊接线棒并头。当然，相应安全措施和对相邻线棒的防护措施要到位。

4.1更换故障线棒工艺步骤

（1）清理定子铁芯槽。

（2）按顺序装入层间垫条、上层线棒、楔下垫条。下线时，线棒中心线应与中心线对齐，同时顾及线棒斜边间隙及两端伸出槽口的长度，将线棒嵌入槽中。

（3）打紧槽楔。打槽楔时，上下端两根槽楔应无空隙，其余各槽楔有空隙的长度不应超过槽楔长度的1/3；槽楔表面不得高出内圆表面。

（4）绕组绑扎。

（5）绕组并头低银钎焊。焊接时用浸满水的石棉绳缠绕在裸线上隔热，用石棉布复盖表面防护线棒和铁芯，相邻的并头盒也用浸水的石棉布包裹，以防气焊烧伤。焊接时，要求焊缝饱满光滑。各接头焊接电阻最大最小值之比不超过1.2倍。

（6）绕组并头盒灌注胶。并头盒灌胶要饱满，盒外表面要光滑，不能有胶瘤等。

4.2紧固松动的铁芯端部齿的方法

如图2，铁芯用电气清洗液冲净凉干后，涂上绝缘漆，尽量使绝缘漆渗入片间缝隙中。然后用不锈钢制成的斜楔（如图3）打入铁芯端部齿和齿压板之间，将铁芯齿压紧，注意斜楔不要垫歪，不得突出铁芯内径。再用不锈钢焊条将斜楔和齿压板点焊牢固。点焊时需要对线棒绝缘、铁芯进行保护，防止焊渣飞溅到上面，斜楔上的孔可用木塞封堵。清理修复后的定子，按大修标准进行定子绕组电气试验，合格后喷复盖漆。

图3　不锈钢斜楔图

5　结语

峡阳水电厂2号发电机定子抢修工作从故障发生到修复仅用了2个工作日，修复后电气试验一次合格。综合抢修过程，有两点经验供参考：

（1）据统计，在发电机定子线棒绝缘击穿故障中，因定子铁芯端部齿松动造成绝缘击穿的机率最高，因此在发电机例行检修时应特别注意检查铁芯紧度。若发现铁芯端部有明显松动或硅钢片断齿，则应取下断齿，采用嵌入不锈钢斜楔的方法进行处理；若发现轻微松动，可插入云母片塞牢，并刷涂配好的环氧树脂胶进行处理。

（2）采用不拆机方案抢修贯流式发电机，虽然发电机空间狭窄给施工带来很大困难，但是只要查找试验方案科学，修复工艺合理，并严格把握每个步骤、每个环节的施工工艺，就可以大大缩短故障处理时间，降低停电损失，从而使设备不安全事件等级由一般事故降低为一次非计划停运。

[1]龚垧.电机制造工艺学[M].北京：机械工业出版社,1983.

[2]刘云.水轮发电机故障处理与检修[M].北京：中国水利水电出版社,2002.

TM312

B

1672-5387（2016）02-0064-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.02.019

2015-08-10

刘建峰（1969-），男，高级工程师，从事水电电气技术研究和生产管理工作。