国外某水电站1号机定子线棒击穿原因分析及处理

杨桂周，李文栋，陈珊英

（东芝水电设备（杭州）有限公司，浙江 杭州 310000）

0 前言

水轮发电机定子线棒击穿引起接地是一种常见故障，当定子线棒受损无法修补需要更换时，如何快速更换处理就显得尤为重要，本文以国外某水电站1号机定子线棒击穿为研究对象，分析了发生故障的原因，并总结了如何不吊出转子更换定子线棒的处理过程及方法[1]，希望能为类似机组的处理提供一些参考和借鉴作用。

1 发电机概况与基本参数

国外某水电站装机3台，总装机容量234.6 MW，主要以发电为主，1号机于2015年8月投运，发电机基本参数见表1。

表1 发电机基本参数

2 事故概况及调查

该电站1号机在2016年9月正常运行时，突然定子接地故障信号报警导致机组甩负荷停机。

停机后，分别对封闭母线、中性点装置及定子绕组进行了绝缘电阻测量，封闭母线、中性点装置和定子三相绕组的B相和C相绝缘电阻正常，A相绝缘电阻为0，确认了A相存在接地故障。

结合现场条件，利用直流电压分担法，对A相3个支路分别通10 A直流电流，测得A相第三支路出现了分压现象，主引出端对地以及中性点对地电压分别为0.017 V和0.079 V，根据电压比等于线棒串联根数比[2]，结合定子绕组接线图，初步判断接地位置位于205槽上层线棒附近，现场拆解对应位置的挡风板后，查到受损线棒为205槽上层线棒，受损位置位于机组上端，接近于线棒直线段出槽口处，呈直径约5～7 mm的凹坑，深度基本达到内部导体。定子线棒受损状况如图1所示。

图1 定子线棒受损状况（一）

3 原因分析

观察受损部位形态，受损部位呈圆形凹坑状，凹坑周围线棒主绝缘有不同程度的灼伤情况，并由内向外呈逐渐减轻状，说明凹坑处于热源正中心，所以推测有小型磁性金属物质（例如螺栓、螺母或焊头等）附着，因为该部位磁场强度很高，在这种磁场强度很高的部位，当线圈表面有磁性金属物质接触时，金属物质会受到电磁感应而发热，以M10螺母大小的物体为例，推算温度会达到200～300 ℃以上。

另外，从受损位置周边的组装情况来看，上层线棒内径侧与组装在线棒上的挡风板之间存在间隙，绑扎槽楔止动的绑绳会在高出铁心段约20 mm处形成一个小台阶，该位置可以遗留异物，并容易被卡住。由于故障点也正处于紧贴绑绳的上端，所以推测此处有磁性异物遗留，示意图详见图2。

图2 定子线棒受损状况（二）

通过以上分析推断，应是有磁性异物附着在此处，在机组运行过程中，该异物在定子铁心端部磁场作用下感应而发热，并伴随电磁振动；线棒绝缘在过热磁性异物及异物的电磁振动双重作用下受到缓慢、逐渐加重的热损伤和机械损伤，当绝缘剩余厚度不足以支撑机组运行所需的电场强度时，发生定子线棒击穿接地事故。

由于该线棒已完全被击穿，且故障点位于铁心出槽口并紧靠铁心，无法进行临时修复处理，因此决定对该线棒进行更换处理。

4 定子线棒更换处理

为尽快恢复机组运行，减少现场工作量，考虑在不吊出转子的条件下更换定子线棒方案的可能性，根据图纸确认，拆除1只磁极后，磁轭与定子铁心之间有300 mm×660 mm的操作空间，方案可行，因此决定不吊出转子拆1只磁极更换定子线棒，发电机断面简图如图3所示。

图3 发电机断面简图

4.1 磁极拆卸

（1）在受损线棒附近选择1只与上机架无干涉的磁极，将其上方的上盖板及挡风板拆除。

（2）由外至内依次拆除阻尼环连接、极间挡风板、极间连接，此过程注意螺栓、螺母、垫片等零部件收集，不要遗漏在机组中。

（3）拔磁极键，在磁轭上方将预置键贴近磁轭表面用砂轮机切割掉，注意切割前做好防护，以防切割粉末飞到定、转子线圈上，同时防止砂轮片碎掉损伤定子线圈，再用足够强度的钢板制作一个吊耳焊接于打入键上，接着在磁极楔形键面之间倒入煤油，使键得到润滑，在吊耳上挂上钢丝绳，并将钢丝绳固定住，确保键拔出时，键不会从键槽内瞬间飞出伤到人或设备，至此，拔键所需工具和准备工作基本完成。

拔键首选手拉或电动葫芦，当手拉或电动葫芦无法拔出时，可考虑选择行车的主钩利用点动的方式拔键，并注意观察起吊重量，该项目选用了行车拔键，当起吊重量达到38 t时键被成功拔出。

（4）磁极吊出，由于极间撑块位于磁极轴向中间位置，很难直接拆除极间支撑吊出磁极，为了实现不吊转子更换线棒，极间支撑采用了特殊结构，支撑把合螺栓从磁轭内径侧把紧，极间支撑装配图如图4所示。

图4 极间撑块装配示意图

松开磁轭内径侧的螺栓，将拉紧螺栓连同极间撑块尽量向机组外径侧移动至无法移动为止，以最大化的增加极间撑块和磁极线圈的间隙。

接着在磁极下端，交替使用两个千斤顶向上顶磁极，向上顶的同时，在磁极上端，借助磁极端板鸽尾处的螺栓孔用铰链向上拉，因螺栓孔为非起吊用孔，因此仅可作辅助，即千斤顶向上顶的同时，铰链跟随千斤顶向上拉，待磁极达到撑块上方后，固定住磁极。在磁极与铁心气隙之间垫3块木板，以防磁极倾倒伤到定子，从磁极下方用宽吊带将磁极兜住，缓慢将其吊出，当磁极吊出磁轭约400 mm左右时，将磁极吊出部分用绑带将吊带和磁极绑在一起，以防止磁极吊出时倾倒，吊出磁极后将拆除磁极的位置通过盘车的方式旋转至受损的定子线棒处。

4.2 定子线棒更换

（1）线棒拆除前，测量该支路直流电阻以备更换线棒后对比使用，同时做好周围防护，依次拆除绝缘盒→拆开绑绳→取下斜边垫块→拆除槽楔→拔出线棒，拆绝缘盒和斜边垫块时需格外小心，以防伤到其他线棒将事故扩大。

（2）拔出线棒后，对剩余线棒进行绝缘电阻测量和交流耐压试验，确认是否还有其他受损线棒，试验电压，AC 0.8（2UN+3）kV，1 min。

（3）安装新线棒，参照定子线棒下线作业指导书进行下线，下线前对备品定子线棒进行(2.75UN+2.5) kV，1 min交流耐压确认；打好槽楔后，对新下线棒进行0.75（2.5UN+1） kV，1 min交流耐压试验确认；下线完成并干燥后，对所有绕组分相进行2.5UN直流泄露试验和1.5UN，1 min交流耐压试验确认。

4.3 磁极回装

按照磁极安装反向工艺流程进行磁极回装，过程中注意防护，回装完成后将机组彻底清扫干净，确保无异物残留在机组内，相关电气试验参照DL/T 596-2005《电力设备预防性试验规程》执行，试验合格后回装挡风板及发电机盖板。

5 结语

（1）通过对本次定子线棒击穿原因的分析及处理，得到如下结论：应尽量从根本上杜绝类似事故的发生，无论是新机组下线还是机组检修，都应加强对定子线棒周围检查力度，以避免有异物掉落在定子线棒端部。

（2）定子线棒发生击穿事故引起机组长时间停机，会给电站造成较大的经济损失，尽可能快的恢复机组运行，减少事故停机时间就显得尤为重要。

本次事故拆装磁极更换定子线棒共花费约7 d时间，但如果采用吊出转子换线棒，需要大约45 d以上的时间，本次更换定子线棒大大降低了事故停机时间，为电站挽回了部分损失。

综上，本文介绍的故障原因及处理过程，希望可以为预防和处理类似事件提供一些帮助，以减少电站经济损失。